船体伴流对直翼推进器水动力性能的影响

[目的]直翼推进器是一种特种推进器,其借助从船舶底部伸出并围绕垂直轴往复式摆动的桨叶产生精准且无级可调的推力,有必要研究敞水和伴流条件下直翼推进器的水动力性能。[方法]首先,通过分析直翼推进器的工作原理,推导出叶片的多重运动规律公式;然后,基于RANS方程和k-ε湍流模型,采用滑移网格技术计算直翼推进器的敞水性能;最后,与试验值进行比较,验证直翼推进器水动力性能预报方法的准确性,并在考虑船体伴流影响的情况下,研究直翼推进器的非定常水动力性能。[结果]由整桨瞬时载荷和单桨叶瞬时载荷变化规律的分析,显示叶片瞬时载荷存在明显的叶频特征,且随着进速系数的减小,桨叶主推力和转矩的波动幅值增大;船体伴流对直翼推进器主推力和转矩的影响较小,但侧向力变化显著。[结论]研究结果对于分析直翼推进器的桨叶强度以及叶型优化具有借鉴意义。

采用直翼推进器的舰船动力装置仿真

直翼推进器可在360°范围内快速改变推力方向及大小,具有优良的操纵性和机动性,因此,被广泛应用在对动力系统有特殊要求的船舶中,如拖船、扫雷艇和海洋工程船等。本文以采用直翼推进器的船舶为研究对象,通过分析船体、柴油机以及直翼推进器之间的能量转化,采用MMG操纵运动非线性数学模型,建立Matlab/Simulink模型,进一步研究基于直翼推进器的船机桨匹配特性,为进一步提高直翼推进器实船应用提供参考。

直翼推进器诱导的船体表面脉动压力预报方法研究

直翼推进器是一种特种推进器,具有操纵性能优良、响应速度快等优点,多用于操纵性能要求较高、航行状态多变的船舶。这项研究通过分析直翼推进器工作原理,推导了叶片多重运动规律公式,并采用滑移网格技术,建立直翼推进器诱导的船体表面脉动压力预报方法。与试验数据比较,验证了该方法的准确性。研究发现,与常规螺旋桨一样,直翼推进器诱导的高阶压力脉动幅值明显低于一阶幅值;与常规螺旋桨不同之处在于直翼推进器诱导的脉动压力最大幅度的位置并非在桨轴正上方,而且沿船尾方向呈现衰减。

两种运动方式的直翼推进器水动力性能比较

针对直翼推进器在不同运动方式下水动力性能的变化,进行直翼推进器的非定常摆动运动方式(VSP)与定常回转运动方式(KBP)的理论研究,分别实现了推进器叶片随公转运动的同时进行匀速自转或变速自转的多叶片耦合运动。结合VSP实际应用的翼型与KBP特殊运动特性决定的翼型进行对比分析,在充分发挥VSP水动力性能的基础上,运用CFD方法对采用两种自转运动方式以及不同翼型的直翼推进器敞水状态下的水动力特性进行比较,并对不同运动方式过程中推进器整体与单叶片的水动力脉动特征进行对比分析,总结了非定常摆动与定常回转运动形式中的水动力性能差异。

船用直翼推进器研究

主要介绍了船用直翼推进器的基本原理,分析了桨叶摆动曲线对水动力的影响并提出了改善其推进性能的方法,最后将直翼推进器与螺旋桨推进器的优缺点进行了定性比较。

基于动力定位应用的直翼推进器水动力特性分析

直翼推进器具备良好的操纵性及机动性,适用于有较高动力定位控制要求的船舶。文章分析了直翼推进器的工作原理,并结合实船选型及安装情况进行了水动力特性初步分析,该结果可为后续动力定位控制策略和算法研究以实现推力最大化或效率最大化提供参考。

基于CFD的直翼推进器水动力性能研究及参数影响分析

本文在直翼推进器工作原理分析的基础上,以某型直翼推进器的缩比试验模型为研究对象,利用CFD方法进行了建模与仿真,对该型直翼推进器流场特性、敞水性能、桨叶载荷等水动力特性进行了研究,并对不同桨叶结构参数对推进性能的影响进行了比较分析,可为直翼推进器水动力性能预报、桨叶及推进器机构设计与优化提供有效支持。

特种船舶用低噪声直翼推进器

直翼推进器(VSP),多年来成功地用于要求有高度机动性可靠性操作简便的特种船舶上。典型的例子是所谓直翼桨拖船(Voith-Trecker)—一种现代化的拖船,其推进器和舵在前面,拖曳具在后面以及所谓艏艉同型渡船,在艏艉各装有一个 VSP。在所有这类船上,机动性能总是决定性的因素。这种推进装置另一为人熟悉的特性是低噪声级(水下噪声)。本文简要地介绍了推进器的使用趋势和由Voith 公司提出的解决方案。

不同控制机构的直翼推进器性能分析

针对直翼推进器在设计中不同控制机构的性能差异的问题,以摆动导杆式、四连杆式、六连杆式三种机构为对象,分析推进器及叶片的水动力和各控制机构叶片摆角的运动规律。运用FLUENT软件,采用UDF控制的滑移网格法,建立散水环境下单个直翼推进器的二维流场模型,并对不同控制机构、偏心率、进速系数、方向角等情况下的流场进行数值模拟。与实验结果对比验证,表明仿真模型能准确地预报推进器水动力性能。对不同控制机构的水动力性能分析表明:摆动导杆式能获得最高的主推力、效率等重要性能参数,六连杆式的性能低于摆动导杆式5%左右,四连杆式的性能最差;六连杆式单叶片的最大角速度以及受力变化幅度低于摆动导杆式和四连杆式20%-50%,有利于叶片的可靠性;通过设置合适的方向角,四连杆式的水动力性能可提高20%左右。

一种基于直翼推进器的动力定位推力分配方法优化研究

推力分配是动力定位控制算法中的重要组成部分,在满足执行机构的物理约束和任务使用约束的同时将高层控制器的指令转化为底层执行机构的控制输入,实现期望控制指令的最优化实施。文章采用改进的推力分配算法对配备直翼推进器的船舶进行约束条件下的推力分配优化研究,并以某型工程船为背景进行仿真验证,结果表明相比逻辑算法该优化算法效果更佳。

直翼推进器水动力性能数值模拟

在对直翼推进器的工作原理进行分析的基础上,以某型直翼推进器的缩比试验模型为研究对象,利用基于计算流体动力学的数值模拟方法进行建模和仿真,并通过将数值仿真结果与试验数据相比较验证仿真方法的准确性。在此基础上,对直翼推进器的流场特性、敞水性能和桨叶及整桨载荷等水动力特性进行分析,为直翼推进器水动力性能预报和桨叶及推进器设计提供技术支撑。

某直翼桨型船舶尾部振动响应预报

直翼推进器是一种性能优良的新型推进装置,该推进器激励载荷与常规螺旋桨有较大区别,开展直翼推进器激励下尾部振动计算及预报具有重要意义。利用有限元法,针对直翼推进器作用于船体结构的轴承力和表面力激励,分别使用频域响应分析方法和时域响应分析方法计算尾部结构在额定工况下的振动响应。在基本方案的基础上,对比多方案在额定工况下的结构振动响应,分析不同结构方案对振动的影响。研究表明,采用考虑相位角的频域响应分析和时域响应分析两种方法计算结果吻合良好;合理地设置纵舱壁、适当增加板厚均能减小尾部振动。研究结果可为工程设计提供理论参考。

油电自混合动力推进系统在内河船舶中的应用

本文介绍了内河船舶自混合动力推进系统的结构组成、系统配置及工作原理；对系统的关键技术能源管理策略做了深入分析；在实例计算的基础上，结合系统水池试验，通过与常规动力船舶能耗相比，证明采用自混合柴油一电力能源供应系统后，船舶运行过程能有效实现节能减排，平均节能达到15％以上。该技术如果能够在内河船舶上得到广泛推广和应用，必将给广大船东带来可观的经济效益和优良的社会效益。