基于遗传算法的可调桨船舶油耗优化

本文针对长江航行调距桨船舶的螺距优化问题,对船舶调距桨螺距、船舶柴油机转速与船舶油耗量之间的关系进行研究。通过阻力计算、调距桨敞水效率分析和船-机-桨匹配,建立长江干线航行船舶螺距-油耗优化模型;进而对遗传算法进行改进,在交叉过程中对个体进行聚类、采用多父代的交叉算子,减少无效交叉,提高种群丰富性;基于改进后的遗传算法,对建立的优化模型进行求解,通过案例分析计算船舶在长江干线不同航段航行.的最佳螺距分配。结果表明,使用最佳螺距航行的船舶单航次油耗量比定距桨船舶降低478%。

四桨船舶螺旋桨轴承力数值预报研究

本文基于RANS方法和VOF模型,建立四桨船裸船阻力及自航性能数值预报模型,开展船桨一体数值模拟研究。对比分析内外桨载荷时均值及脉动值的差异,并结合伴流场谐调分析,论述内外桨轴承力差异的原因。研究发现:就载荷均值而言,内桨的轴向载荷分别大于外桨轴向载荷;就载荷脉动值而言,外桨轴向载荷脉动值大于内桨,这是由于桨盘面伴流场各阶谐调分量的差异造成的,在直航工况下,内外桨之间的相互影响较小,相比较而言,外桨工作对内桨性能的影响更大。

空泡螺旋桨诱导的双桨船脉动压力数值预报

为研究双桨船脉动压力的特点与计算方法.建立了一套双桨诱导的船体脉动压力的预报方法.方法可计入空泡的影响,并考虑左右螺旋桨之间的相位差对脉动压力计算的影响,形成船体脉动压力的分布云图,通过云图可以很好地分析脉动压力的变化规律.对计算结果与试验结果的误差进行了分析,结果证明,同时考虑双桨作用与只考虑单桨作用的计算结果有所不同,同时考虑双桨作用时,相位差的影响不能忽略,不同的相位差得到的计算结果有明显差别,越靠近船体内侧,相位差引起的幅值变化越大.相位差的影响还同双桨的距离有关系,距离越近相位差的影响越显著,随着双桨距离加大,相位差的影响减小.这可以部分解释脉动压力模型实验和实船测试中的一些现象,同时也提醒试验人员在进行双桨船脉动压力试验时,要注意双桨相位差的影响.

双桨船附体阻力尺度效应

以光滑平板为研究对象,探索了高雷诺数时的数值计算方法.在此基础上,以DTMB5415裸船体和全附体模型为研究对象,忽略自由液面效应,采用RANS(Reynolds Averaged NavierStokes)方法结合SSTk-ω(Shear-Stress Transport k-ω)模型计算了包含实尺度在内的多种缩尺模型的船舶黏性流场,详细分析了双桨水面舰船附体阻力的尺度效应作用.通过研究发现:不同的附体,其阻力尺度效应程度并不相同;对于双桨船,附体阻力占整个船体阻力的份额较大,其尺度效应作用不可忽略,可以引入附体阻力尺度效应修正因子来进行模型到实船附体阻力的换算,附体阻力尺度效应修正因子与雷诺数的对数近似成三次多项式函数的关系.

双桨船轴向伴流场尺度效应的数值研究

以DTMB5415为研究对象,忽略自由液面效应,采用RANS(Reynolds Averaged NavierStokes)方法结合SST(Shear-Stress Transport)k-ω模型计算了多种尺度(涵盖实尺度)的船舶黏性流场,详细分析了该船轴向伴流场的尺度效应作用.研究发现:桨盘面平均轴向伴流分数的倒数与雷诺数的对数近似线性关系;对于双桨方艉舰船的裸船体,桨盘面的伴流峰只有一个,伴流峰的幅值随着雷诺数的增加而减小,同时伴流峰所对应的相位角也发生一定的偏移.在内半径区域,伴流峰的幅值达到某一临界雷诺数后,趋于恒定不变;而在中外半径区域,伴流峰的幅值随着雷诺数的增加而减小,它们之间成非线性关系,可采用3次多项式函数进行回归;各半径的平均轴向伴流分数与雷诺数的对数成近似线性关系.

双桨船螺旋桨的适伴流设计

讨论了双桨船和单桨船伴流场的不同特点,给出了双桨船切向伴流的分析方法和不同旋向下的螺旋桨设计结果,指出双桨船适伴流设计考虑切向伴流影响的必要性。内旋设计桨在大型循环水槽中进行了模型试验,试验结果表明螺旋桨的空泡和脉动压力性能优良。

全附体多桨船模自航点数值求解方法研究

针对带附体的四桨双舵船模,采用结构化网格离散全附体模型表面,基于RANS方程求解了船桨舵耦合的复杂粘性流场,数值模拟了主船体阻力试验、螺旋桨敞水试验、全附体模型阻力试验和自航试验,建立了螺旋桨转速自动调节的模型自航点求解方法。该方法的计算结果与试验结果进行了比较分析,结果表明:全附体模型阻力误差小于3.8%,自航点转速误差小于4.3%。

船桨舵一体化耦合下的双桨船数值自航模拟

针对船?桨?舵一体化耦合时的相互干扰问题,基于雷诺平均纳维?斯托克斯(RANS)方法,应用滑移网格技术(SMT)和流体体积函数(VOF)模型,对DTMB5415双桨船在巡航以及最高航速下的航行性能进行研究。将船舶阻力、螺旋桨敞水性能以及最高航速下的自航点计算结果与试验结果进行比对,验证了该计算方法的准确性与可行性。对安装螺旋桨前后的船体阻力成分、船表压力分布以及波形云图进行分析,阐述了螺旋桨对船体性能的影响;基于快速傅里叶变换(FFT),探讨了舵在螺旋桨尾流中的非定常性能。

三桨船船模自航试验分析

三桨船船模自航试验时不能确定各桨所克服的阻力,各桨的推力减额分数不能直接得到,使自航试验分析难以进行。本文提出了一个确定阻力分配系数的方法,试验分析结果说明本方法是合理的。

三桨船船模自航试验推进因子分析方法探讨

三桨船船模自航试验时，由于三个螺旋桨之间会发生相互干扰，各螺旋桨的负荷及克服的阻力也不尽相同．本文对三桨船自航试验推进因子的分析方法进行了比较、分析；提出应首先按螺旋桨的有效推力来分配各桨克服的船的阻力，再进行推进因子分析的数据分析新方法．

基于螺旋桨负荷特性的双桨船操纵性预报

通过对双桨船内、外两桨负荷变化情况及其对舰船回转性和回转速降计算结果影响的分析,提出了采用等功率法分别计算双桨船内、外两桨的转速、进速系数等,进而确定两桨的推力和转艏力矩,从而进行双桨船回转性和回转时速降预报。以某双桨船为例,分别用等转速法、等推力法和等功率法进行回转轨迹、回转时螺旋桨推力、速降和转艏力矩的计算。计算结果表明:采用等功率法与采用等转速法所得到的回转轨迹基本相同,较之等推力法所得到的回转直径的计算结果更接近实船实际情况;采用等功率法所得到的速降介于等转速法和等推力法之间,最为接近实船的实际情况。

双桨船采用三因次换算法研究

以一条小方形系数常规双桨船、一条大方形系数常规双桨船和一条大方形系数双尾鳍船的试验计算为例,对双桨船采用三因次换算法进行了研究.研究表明:对常规双桨船,三因次换算法的形状因子k应采用裸船体阻力试验计算值;对双尾鳍船,三因次换算法得出的有效功率偏低,一般不宜采用.

相位差对双桨船脉动压力预报的影响研究

文章对双桨船脉动压力进行了计算,计算时考虑了左右螺旋桨之间的相位差对脉动压力计算的影响,结果证明计算双桨船的脉动压力时,相位差的影响不能忽略,不同的相位差得到的计算结果有明显差别,越靠近船体内侧,相位差引起的幅值变化越大。相位差的影响还同双桨的距离有关系,双桨的距离越近,相位差的影响越显著,随着双桨距离加大,相位差的影响减小。这可以部分解释脉动压力模型实验和实船测试中的一些现象,同时也提醒试验人员在进行双桨船脉动压力试验时,要注意双桨相位差的影响。

三桨船船模自航试验的数据处理分析

三桨船船模自航试验时，由于三个螺旋桨之间会发生相互干扰，螺旋桨的负荷及克服的船舶阻力也不尽相同；本文对三桨船自航试验时各桨的推力减额及船的阻力分配问题进行了探讨；并对三桨船自航试验结果的数据处理分析方法作了探讨，提出应首先按螺旋桨的有效推力来分配各桨克服的船的阻力。

多桨船的节能轴支架

本文简述了多桨船节能轴支架的节能原理,扼要介绍了一艘双桨海洋调查船和一艘三桨高速艇采用这种支架后经船模自航试验证实的节能效果:前者可节能11.9％,相当提高航速0.55kn,后者节能6.5％,相当提高航速0.9kn.

阻流板对双桨船阻力和伴流场影响数值研究

基于RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)方法针对安装了3种不同深度阻流板的DTMB5415船模进行数值计算,以研究阻流板对船舶阻力以及伴流场的影响.分析了安装阻流板前后的船舶水动力性能,并探讨了船艉波形、船身压力以及轴向标称伴流场的变化.研究结果表明:阻流板的安装能够降低DTMB5415的阻力,平均减阻率可达4.19%;船体虚长度的增加以及方尾船尾流场的改善是船模总阻力降低的主要原因;阻流板的安装增大了船舶尾部的边界层厚度以及轴向标称伴流,当弗劳德数Fr=0.35时,d/LPP=0.001 5(d为阻流根深度,LPP为船长)的桨盘面平均伴流分数增大了11.9%.

全回转舵桨船航向控制研究

全回转舵桨船操纵机动性强,但航向稳定性差,在长程航行中尤其需要采用航向自动控制技术。针对双舵桨驱动的"润江1"科考船,将卡尔曼滤波器与模型预测控制器级联建立了适用于舵桨驱动船的航向控制系统,具备滤除高频波浪干扰并有效处置舵桨限制条件的功能。仿真测试和船模控制试验充分验证了上述系统的有效性,适用于舵桨驱动船的航向控制。

某型轴支架双桨船尺度效应数值分析

以轴支架双桨船型作为研究对象,使用CFD软件NUMECA\FineMarine计算不同尺度下的阻力和伴流,并分析了带轴支架船体阻力、波形和伴流的尺度效应。结果表明,基于CFD的方法,通过改变模型长度来研究带轴支架船体的尺度效应是可行的.由于附体局域雷诺数与船体雷诺数相差很大,当船体雷诺数大于10^(8)之后,附体阻力增量才基本稳定.无论是轴向伴流均值还是伴流峰幅值都随雷诺数的增加而降低,使得实船尾部的螺旋桨进速大于船模尺度下的进速.

四桨船伴流场研究

与单桨船不同,四桨船各螺旋桨在运转过程中负荷不同。当前四桨船推进器的设计多以一个干扰因子来表征内外桨负荷差,而一个干扰因子难以反映内外桨负荷差产生的原因,因此往往给设计带来困难。本文使用CFD方法对四桨船内外桨负荷分配问题进行研究,首先以大连理工大学拖曳水池的PM06模型为基础进行不确定度分析,验证了该数值计算方法的准确性,然后对本文所研究的四桨船进行研究。结果表明四桨船内桨负荷大于外桨,且负荷差产生的原因主要有三个方面:(1)船体形状造成的船尾流场不均匀性对桨的影响;(2)内外桨在敞水中相互间产生的干扰;(3)内外桨之间的干扰在船尾不均匀流场中的合成。据此,本文将四桨船伴流分为三部分:原生伴流、干扰伴流和次生伴流,并计算了该船各部分伴流所占比例,以更好地指导四桨船的推进器设计。