船舶对转舵桨推进系统加速控制方法仿真

为在柴油机负荷允许范围内最大限度地挖掘船舶加速的机动性,基于Matlab/Simulink模块化仿真工具,建立某保障船“双柴油机-双对转舵桨”推进系统仿真模型,在利用实船稳态试航数据验证模型准确性的基础上,提出匀加速、变加速、分段加速3种增加柴油机转速控制方法,进行加速过程仿真和机动性分析。结果表明:采用匀加速,柴油机转速保持一定加速率稳步增长,在前期柴油机负荷冗余度较大;采用y=a√x+b作为柴油机转速设定函数的变加速,前期加速快、后期加速慢,使航速增加速度较匀加速过程提高约47%~60%,但实际操控存在一定难度;采用分段加速,将全过程分解为多段不同加速率的匀加速过程,给出按照常用车令挡位分段匀加速控制方法,可操作性较强。

某船对转舵桨推进系统紧急倒车过程仿真

基于Matlab/Simulink平台建立了某保障船推进系统仿真模型,开展了紧急倒车过程仿真和机动性分析。采用PI控制器设计机—桨联合控制方法,对倒车过程中对转舵桨的转向和柴油机的转速进行调控,得到柴油机的临界转速,此时对转舵桨的转向快慢将不会造成柴油机超负荷现象;针对全速航行条件下的紧急倒车过程,提出了对转舵桨转向时间与柴油机减速时间匹配图谱。所得结论对于制定船舶紧急倒车工作制、保护柴油机安全运行、挖掘机动性具有指导意义。

基于分离涡模拟的对转舵桨水动力性能数值分析

基于OpenFOAM 软件平台,采用改进的延迟分离涡模拟(IDDES)模型,结合滑移网格方法,对一组对转桨和对转舵桨的水动力性能进行数值预报,并利用快速傅里叶变换(FFT)对推力系数进行频谱分析。对转桨数值计算结果与模型试验结果比较,推力、扭矩系数以及推进器效率的误差分别在3%、2%和5%左右,验证了该数值方法的可行性。对转舵桨数值计算结果提示:压差阻力是吊舱和立柱阻力的主要成分,在立柱的前端存在回流,对立柱的优化设计可以从这两方面入手;立柱和吊舱的存在能够减小轴承力导致的振动。

对转舵桨水动力性能理论分析

为了对对转舵桨水动力性能进行计算分析,文章采用低阶速度势面元法建立了对转舵桨水动力性能理论迭代预报模型。对转舵桨的前桨、后桨和吊舱单元之间的相互扰动通过诱导速度来考虑,诱导速度由面元法计算获得。为了对对转舵桨性能进行对比分析,文中采用同样的预报模型对相应常规单桨水动力性能进行了计算,该单桨与对转舵桨在设计工况下能够提供相同的推力。实例计算结果表明,在提供相同推力的条件下,对转舵桨相对单桨收到功率可降低8.03%。与单桨相比,对转舵桨尾流周向诱导速度明显减小,其尾流旋转能量得到有效回收。

对转式全回转舵桨的立柱优化分析

[目的]旨在研究立柱对对转式全回转舵桨敞水性能的影响。[方法]采用基于雷诺平均方法与k-ω湍流模型,对不同立柱型式的对转式全回转舵桨进行模型尺度和实尺度下的水动力性能预报,研究流场特性并监测后桨伴流,分析优化前后立柱尾部的流动分离现象。[结果]结果表明,立柱前缘削薄并整体前移的优化方案,使得整个舵桨的敞水推进效率提高1.01%;立柱采用扭曲设计且切面引入拱度的优化方案,使得敞水推进效率提高1.15%。另外,模型尺度的立柱尾部流动分离比实尺度的严重。[结论]研究表明,优化后的立柱可以改善立柱尾部的流动分离现象,提高后桨吸收前桨的尾涡能量,增加后桨流入量,对于提高对转式全回转舵桨的推进性能具有工程实用意义。

对转式全回转舵桨的模型试验与数值模拟

为了探究对转式全回转舵桨(contra-rotating propellers,CRP)的敞水性能,开展了对转式全回转舵桨的模型试验与数值模拟。桨模和实桨因存在尺寸和雷诺数的差异,会造成流场特性的变化,而且对转式全回转舵桨的下壳体对于流场有干扰作用,采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)的方法,对对转式全回转舵桨的敞水性能进行实尺度和模型尺度的模拟分析,分析结果与试验值吻合良好,验证了算法的合理性。尺度效应主要体现在后桨性能与下壳体阻力的差异上,模型尺度立柱尾缘的流动分离显著,影响后桨的敞水性能,后桨的流场应考虑尺度效应,常规的尺度修正忽略了尺度效应对后桨的影响。

对转式全回转舵桨装置安装难点及质量控制

全回转舵桨装置在船舶的应用已越来越广泛,而对于对转式全回转舵桨装置,在国内仅有少量装船应用。通过介绍一型大功率对转式全回转舵桨装置的特点、安装的难点及质量控制,对舵桨装置安装、质量控制工作分析,确保舵桨装置安装质量,安装质量的好坏将直接影响装置工作的可靠性。

对转舵桨节能特性分析

为了对对转舵桨的节能特性进行深入分析,以面元法为基础建立了对转舵桨水动力性能预报模型.对转舵桨的前桨、后桨和吊舱之间的相互扰动通过诱导速度来分析,诱导速度由面元法计算获得.为了便于对比分析,采用相同的预报模型对相应常规单桨的水动力性能进行计算.计算结果表明:在模型尺度下,对转舵桨在设计工况下所产生的推力略小于单桨,通过调整前后桨转速可使对转舵桨产生和单桨相同的推力;在产生相同推力的前提下,当前后桨转速比为1.016时,对转舵桨收到功率相对单桨减小10.8%.