不同浸深比半浸式螺旋桨动态力试验研究

为了探讨半浸式螺旋桨的动态性能,利用六分力天平测量不同浸深比下半浸式螺旋桨的非定常力,分析浸深比对半浸式螺旋桨动态力的影响,并探讨半浸式螺旋桨受力在水平面和垂直平面上的方向性。试验结果表明,在合适的浸深比下,可以减小半浸式螺旋桨各分力的波动,改善半浸式螺旋桨的操纵性能。

螺旋桨激振力作用下主机曲轴动力学分析

以某船用柴油主机曲轴为研究对象,建立了该船推进系统的非线性多体动力学模型,在考虑螺旋桨载荷作用下对该推进系统进行了动力学计算.分析了曲轴的受力及位移随曲柄转角的变化情况,并与只考虑柴油主机的动力学模型的计算结果进行了比较.结果表明,曲轴各轴颈受力最大值出现时刻与对应气缸最大爆发压力时刻基本一致,螺旋桨载荷使曲轴输出端相对角位移最大值增加66%,且明显加剧了轴向位移的波动.

风浪作用下船体纵摇运动对螺旋桨激振力特性影响分析

大型高速船舶在风浪中航行时会发生摇荡,导致推进效率下降,还会引发严重的螺旋桨激振力。以KCS船和KP505螺旋桨为研究对象,采用RANS方法和重叠网格技术,对无船体纵摇运动和有船体纵摇运动下的船-桨-舵系统开展了水动力数值计算分析。计算结果显示,在纵摇运动下桨盘面处标称流场的空间不均匀度基本上和无纵摇运动相当,但流场的时间不均匀度急剧增加。同时,在船体纵摇运动情况下船体阻力时均值大幅增加、螺旋桨推力时均值大幅减小。对螺旋桨水动力时域信号进行快速傅里叶分析,发现在纵摇运动时螺旋桨非定常力频谱中的峰值更加丰富,在所有峰值中以纵摇运动频率处的峰值为最大,且远大于叶频处的峰值,它随纵摇运动幅值的增大而升高。

斜流中船后螺旋桨水动力数值分析

基于计算流体动力学(CFD)对国际标模KCS斜航状态进行数值模拟,分析不同漂角下螺旋桨在纵向、横向和垂向3个方向上的力和力矩的变化规律,并探讨漂角对推力偏心矩的影响。结合SST k-ω湍流模型和滑移网格,采用RANS方法进行数值模拟。计算考虑±30°、±20°、±10°和0°漂角。结果表明:由于横向水流会改变螺旋桨桨盘面上的载荷分布,漂角对螺旋桨的横向和垂向的力和力矩有显著影响,漂角方向对螺旋桨推力偏心矩的偏移有较大影响。

螺旋桨非定常力对推力轴承油膜刚度影响的理论与试验研究

为了分析螺旋桨非定常力对于推力轴承纵向刚度的实际影响范围,基于Reynolds方程推导了轴承纵向刚度的表达式,采用拟定常化的方法处理螺旋桨的非定常力;基于稳态分析的研究假设,计算了不同转速与螺旋桨载荷下的推力轴承油膜纵向刚度;进一步搭建了推力轴承油膜刚度测量的试验台架,测量了不同激振力作用下的轴承油膜刚度.结果表明,理论计算与试验测量结果吻合良好,螺旋桨非定常力对推力轴承油膜纵向刚度的影响随载荷和转速的增加而增加,一般为15%,最大可达到20%.

一种基于体积力螺旋桨模型的自航计算方法

文章以集装箱船模型KCS(KRISO Container Ship)为研究对象,基于通用CFD软件FLUENT 12.0.16,采用螺旋桨体积力模型,实现了模型尺度下实船自航点的全粘带自由面计算。该文的计算包括静水拖航计算、自航计算,以及扭矩对自航计算结果的影响分析。通过与试验值的分析比较,验证了该方法的有效性。由于采用了完全结构化的六面体网格,带对称面的计算域单元数仅为33万。研究结果还表明:考虑扭矩的全流场计算对于改善流动细节,获得更精确的计算结果是有利的,但计算量有所增加。

基于MMG登陆舰艇操纵运动模型的螺旋桨力研究

登陆舰艇是两栖作战中的主要输送装备,针对其运动规律的复杂性,建立了在深水和浅水条件下基于分离型船舶操纵运动模型（MMG）的登陆舰艇操纵运动模型。因登陆舰艇在航行中,螺旋桨推力是主控力,用来克服水的阻力,维持舰艇的操纵运动,所以螺旋桨的流体动力模型是登陆舰艇运动建模的一个重要组成部分。在登陆舰艇特有的操纵运动模型的基础上,着重介绍了登陆舰艇操纵运动中螺旋桨力的模型。

螺旋桨激励力下的舰船振动特性分析

考虑螺旋桨脉动压力与轴承力的影响,开展了螺旋桨激励力对舰船振动的影响研究;分析了某舰船在最大航速、巡航速度下等不同航行状态下的舰船振动,得到了不同航行状态下舰船的振动响应;计算结果表明:高航速下螺旋桨激励力对舰船的振动有一定影响,低速时螺旋桨激励力对舰船的振动影响不大;对于同一航速而言,双桨同时工作较四桨同时工作时的振动偏大,从减小振动角度出发,宜采用四桨同时推进的方式航行。

螺旋桨激励力下轴系—艇体耦合系统低频声辐射特征分析

针对某轴系—艇体缩比试验模型,首先进行动力学建模,并利用试验数据对模型参数进行修正。在此基础上将振动模型利用直接边界元法进行进一步延伸分析,对螺旋桨纵、横激励力作用下壳体的声辐射特征进行预测,得到两种激励力下典型模态的壳体表面声压和远场声压分布特性,并从能量角度对耦合系统的声辐射特性进行分析,给出轴系—艇体耦合系统水下声辐射特性。

自由度开放条件下螺旋桨激振力数值分析

船舶在实际航行中会发生升沉和纵倾,为了考察这种姿态变化后的船舶水动力性能与通常以约束模型为基准的数值计算结果的差异,基于RANS方法以KCS船和KP505桨为研究对象,采用六自由度运动模型和叠加旋转模型,进行了固定状态和自由度开放状态下的数值自航实验,其中非定常流场的数值传递过程采用重叠网格技术实现,将计算得到的船体周围绕流场以及螺旋桨激振力进行了对比分析。计算结果表明:自由度放开状态相比固定状态,船舶具有埋艏纵倾,导致二者船艏兴波和尾流场存在差异;以固定模型开展数值自航实验得到的船艉脉动压力预报结果相比于自由度开放状态存在一定的过度预报现象。

螺旋桨激励力作用下舰船振动及水下声辐射特性研究

针对螺旋桨激励力作用下舰船振动响应及水下声辐射特性进行研究,基于有限元法/边界元法(FEM/BEM)对比分析螺旋桨三向激励力分别作用及共同作用时舰船振动响应及水下声辐射特性。结果表明:相比螺旋桨轴向及横向激励力,螺旋桨垂向激励力更易激发舰船振动及水下声辐射响应,且均方速度级与声功率级更大;螺旋桨轴向力及横向力主要激发舰船水平振动,垂向力则主要激发舰船垂向与水平振动;螺旋桨激励力作用下舰船振动响应与水下声辐射线谱不完全一致,且水下声辐射线谱分布频率范围更广。最终建立起螺旋桨激励力与舰船振动及水下声辐射间的对应关系,为舰船桨-轴-船系统减振降噪设计提供理论支持。

船舶力学研究的优秀著作——评《螺旋桨激振力》

人们乘船旅行,总希望船舶安全可靠、速度快而且船上的环境安静舒适,但是现代船舶随着航速提高吨位加大,船上所使用的主机功率增大,螺旋桨负荷加重,常常发生尾部剧烈振动。由于船尾剧振带来许多危害:如尾部构件振裂造成破坏事故。

分析模型选取对螺旋桨脉动激励引起水下结构振动与声辐射影响研究

由于激振力作用位置的原因,目前关于水下结构振动与辐射噪声特性问题的分析模型多选用舱段或尾部结构,本文用有限元/直接边界元方法,分析螺旋桨—轴系—壳体结构这一典型的尾部受迫振动问题,研究不同模型选取对结构振动及声辐射特性的影响,分析表明,用局部模型将对结构的振动特性、辐射声压分布等特性产生影响,分析结果中略掉了较多结构振动模态,导致分析结果不全面,对于水下结构的振动响应分析,建议采用整体结构作为分析模型。

外载荷作用下船舶推进系统非线性动力学分析

以某船推进系统为研究对象,应用有限元和子结构缩减法,建立了包含主机、轴系、螺旋桨及简易轴承座的船舶推进系统非线性多体动力学模型。对该系统在额定功率下燃气压力和螺旋桨激振力的作用进行了多体动力学计算。分析了螺旋桨、轴系等的受力情况及位移随曲轴转角的变化。结果表明,艉轴后轴承处轴系受力与位移呈现两端大中间小的分布情况,螺旋桨竖直向下位移最大值为2.86mm,轴向位移最大值为1.18mm,相对角位移最大值为0.087rad。该方法为分析和提高船舶推进系统可靠性及其优化等提供了重要参考。

轴-艇耦合系统的力传递特性分析

螺旋桨与水下伴流场产生的脉动激振力是潜艇振动的一个重要激励源。潜艇的主要结构是推进轴系与壳体耦合结构,螺旋桨产生的激振力通过轴系经尾轴承、中间轴承及推力轴承作用于艇体激起艇体振动。目前降低轴系引起外壳体的振动有降低螺旋桨的脉动激振力和改善轴系与壳体之间的减震装置2种方法。在降低螺旋桨脉动激振力较困难的情况下,研究激振力经轴系传递到壳体的路径,就对改善减震装置、降低壳体振动有重要意义。

考虑运行参数耦合作用的舰船轴系动力学特性研究

为分析清楚多动态因素作用下的轴系动力学特性,以保障轴系运行的可靠性和安全性,以某桨-轴-壳体为对象,建立其有限元模型,基于有限差分法和小扰动法求解各轴承油膜压力分布和油膜刚度,基于来流法求解艉部伴流场影响下的螺旋桨激振力。在此基础上,提出中间变量法,以转速为中间变量,在系统分析转速对油膜压力分布和螺旋桨激振力变化影响的基础上,研究得到转速变化下轴系整体动力学特性规律。研究结果表明:转速的增加使相邻轴承载荷差值分别降低了13398N和11102N,改善了轴系的载荷分布状态;轴系振动响应中的共振峰值受特定转速影响较大,在53.333Hz的轴向共振频率处以及14.667Hz,26Hz的横向共振频率处,轴系各参考点共振峰值的最大值出现在190r/min运行工况下。

倒车时螺旋桨横向力计算方法

介绍了关于倒车螺旋桨横向力计算的问题.通过对倒车螺旋桨状态的分析,提出一种螺旋桨横向力计算的理论方法.类比进车时排出流对舵影响的方法,推导出倒车排出流的计算公式,同时对斜流横向力的系数进行了修正.依据理论分析,分别对不同的船型进行仿真研究,最后以实船进行验证.仿真结果表明,计算方法是合理有效的.

考虑螺旋桨水动力的双桨船操纵运动数值模拟

针对实桨法模拟螺旋桨旋转计算效率低且双桨船尾流场复杂,而螺旋桨体积力法一般不考虑操纵运动下尾流场不均匀性对螺旋桨水动力性能影响的问题,采用RANS方法、重叠网格技术和螺旋桨体积力法,以DTMB5415M为研究对象,进行了双桨船操纵运动数值模拟研究.首先,对DTMB5415M进行了约束模试验数值模拟,以求取操纵运动下螺旋桨的水动力性能,从而建立操纵运动下的螺旋桨修正体积力模型;然后,将该螺旋桨修正体积力模型和原螺旋桨体积力模型分别用于DTMB5415M的操纵运动数值模拟.结果表明:螺旋桨修正体积力模型相比原体积力模型考虑了船尾伴流场不均匀性对真实桨侧向力和推力的影响,可以较准确快速地进行船舶操纵运动数值模拟.

基于CFX的螺旋桨激振力数值预报研究

基于CFX的滑移网格技术预报伴流场下螺旋桨的非定常水动力性能,为螺旋桨激振力数值计算提供可行的思路。以桨舵系统为计算分析对象,比较分析了均匀来流下螺旋桨的定常和非定常水动力性能的差别;计算了理论伴流下螺旋桨的非定常水动力性能,将所得结果与理论伴流的趋势进行了比较分析,验证了CFD计算模型的准确性。预报伴流场下螺旋桨的激振力,将计算结果与文献所给建议值进行了比较分析。结果表明,该方法可有效预报螺旋桨激振力,能够代替经验公式求解螺旋桨激振扭矩。

小水线面双体船后螺旋桨非定常力特性研究

螺旋桨作为船舶主要振源,其非定常性能的研究对于船舶噪声和振动的控制意义重大。该文采用滑移网格技术,基于分离涡模拟方法(DES),对带首尾鳍船桨一体模型开展了螺旋桨非定常力的数值计算,研究了小水线面双体船后螺旋桨的非定常力特性,并通过与试验结果的对比考察了数值计算方法的精度。计算结果表明,螺旋桨受到的三向力和力矩均有明显的叶频特性,其中推力脉动幅值和水平弯矩脉动幅值较大;此外,分析得出了脉动压力和脉动压力幅值在船体表面局部范围内的分布规律,并将多个测点的脉动压力一阶和二阶叶频幅值与试验测量值对比,其中一阶叶频结果与试验值吻合良好。