喷水推进操舵倒航机构内表面的压力分布研究

操舵倒航机构是完成喷水推进船舶操纵功能的部件。随着喷水推进装置的大型化发展,机构重量也越来越重,为了将整个装置的重量限制在可接受范围内,同时提高操舵倒航机构的精细化设计水平,研究作用在机构内壁面上的压力分布,为机构的刚强度计算提供输入。采用数值模拟和模型试验相结合的方法对作用在机构表面的压力进行计算及测量,数值模拟基于RANS方程求解,采用非结构网格和标准k-ε湍流模型,模型试验在立式循环水槽中进行。最后结果显示数值计算结果和模型试验结果具有较好的一致性。

仿生型操舵倒航机构倒航性能试验及数值研究

为研究喷水推进操舵倒航机构的倒航性能,以仿生型操舵倒航机构为研究对象,基于带自由液面的力特性循环水槽及操纵力试验台架,对操舵倒航机构在不同流量条件下进行水动力试验,采用六分量仪测量操舵倒航机构受到的力。基于CFD技术,采用RANS方法和VOF算法对该机构进行水动力仿真计算,得到作用于操舵倒航机构上的力及流场特性,并将该计算与试验结果进行比较。结果表明,计算与试验值存在一定偏差,但在工程可接受范围内,说明所采用的计算方法可以用来预测仿生型操舵倒航机构在倒航工况下的水动力特性。

喷水推进操舵倒航机构转动副力学性能试验分析

针对喷水推进装置操舵倒航机构转动副的强度问题,基于带自由液面的循环水槽,开展操舵倒航机构转动副载荷试验研究。首先,针对操舵倒航机构转动副各销轴运转特点,基于应变测试原理开发了不同规格尺度的高精度销轴传感器;其次,将喷射流速度调整至设计状态,在倒航斗满斗状态下,利用所开发的销轴传感器测量各转动副销轴所受的径向载荷;最后,维持满斗状态,从0°开始连续运转方向舵至满舵状态,测量方向舵运动过程中转动副各销轴的动态载荷。结果表明,操舵倒航机构各转动副销轴的受力大小不同,均呈现脉动特性,且脉动的频率与喷水推进泵转速成倍数关系。

喷水推进操舵倒航机构受力研究

操舵倒航机构内部喷射流动非常复杂,受力难以用简单的力学方法求解,有关操舵倒航机构及其零部件和相应液压系统设计尚无充分的理论依据。本研究对丹麦海事研究院船舶操纵力的模型实验结果进行了分析,推导出操舵倒航机构的受力大小,并对操舵倒航机构三维建模后进行CFD水动力计算,将计算数据与模型实验推导数据进行比较,结果表明:在多个运行工况下,二者误差基本在15%以内。研究结果为喷水推进操舵倒航机构相关零部件以及液压系统的设计提供了比较可靠的理论依据。

喷水推进一体式操舵倒航机构中方向舵受力的CFD研究

为研究喷水推进操舵倒航机构的力学特性,针对两种一体式操舵倒航机构方向舵(型式1和型式2),采用RANS方法及VOF算法,对方向舵进行两相流计算,得到不同舵角下的流场,并进行操舵流场分析。结果显示,随舵角增加,型式1的侧向力整体比型式2大,且在小舵角下优势更为明显;方向舵进口的喷溅损失系数和舵角成正相关,且型式1的喷溅损失系数整体小于型式2。研究结果表明,在相同舵角下,增大方向舵对水流的偏转作用及减少喷溅损失有利于提高方向舵的侧向力。

喷水推进倒航系统预测控制

通过对喷水推进倒航机构的工作原理进行分析,建立某型号船舶喷水推进器的倒航机构的传递函数模型。设计基于模型的干扰观测器和模型预测控制器,并运用MATLAB的SIMULINK平台进行仿真。结果表明,含内环观测器的模型预测控制器具有良好的倒航控制跟踪性能和较强的鲁棒性。

喷水推进技术发展综述

该文针对喷水推进系统的控制体、推力表征、喷水推进与相互影响等基础理论研究,喷水推进泵、进口流道、操舵倒航机构、低噪声推进器等喷水推进系统的核心设计方法、相关仿真评估与试验验证手段,以及喷水推进装置在高速军、民船舶与两栖车辆三大领域的典型应用现状,进行了系统性论述。根据喷水推进技术特点以及其与现代技术发展的融合,提出了喷水推进与船体一体化系统设计、水动力设计从宏观走向微观、喷水推进数字化与智能化技术、集成电力驱动的喷水推进系统、面向隐身需求的喷水推进协调设计等喷水推进技术发展趋势。