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。

大型半潜船可伸缩全回转推进器安装工艺

分析大型半潜船可伸缩全回转推进器在船坞内安装时的重点及难点,设计一套适合坞内安装的推进器安装工艺,根据推进器的整体构造以及相对船体结构的关系,在安装前需做好准备工作并确定安装程序,分析安装过程中的关键技术。推进器在安装后的成功调试表明,合理、高效、安全的安装工艺可以减少安装失误,并可以在短时间内完成推进器的的安装作业,降低建造成本。

基于能量最优的组合偏置推力分配算法研究

推力分配是动力定位控制系统的关键技术之一,其任务是将控制器输出的合力分配给各推进器。本文针对推力分配中存在的问题,提出组合偏置思想并设计了自适应组合偏置策略,建立了组合偏置推力分配算法。该算法基于能量最优方法,能够自适应地调整偏置量,兼顾船舶的能量消耗和操纵性。仿真结果表明该算法能有效地提高船舶的动态性能。

动力定位船矢量推进器回转动力学响应分析

为研究全回转矢量推进器回转动力学系统的响应特性,对瓦锡兰某型矢量推进器的液压回转系统的组成进行深入分析,研究了泵控液压马达驱动齿轮减速机构带动推进器进行回转的工作原理,建立了矢量推进器回转动力学系统的数学模型,提出了一种全回转矢量推进器实现目标方位角快速跟踪的改进控制方法,构建了一种矢量推进器回转动力学异步控制频率仿真系统,分析了不同目标方位角时推进器的方位角、角速度、液压系统的动态响应特性,建立了矢量推进器回转响应的物理约束条件.仿真结果表明,建立的动力学模型可模拟真实矢量推进器的回转运动响应过程,同时可实现矢量推进器回转方位角的快速、准确控制,对全回转矢量推进器和动力定位船舶推力分配方法的研究具有较重要的指导意义和工程价值.

考虑回转禁止域的动力定位船推力分配方法

为了研究动力定位船矢量推进系统的推力分配方法,根据海洋石油286船推进器系统的空间布置特点,推导并建立了一种包含全回转推进器的过驱动矢量推进系统的数学模型。针对全回转推进器回转禁止域约束条件下的推力分配问题,提出一种将控制量进行归一化处理、直接分配与伪逆算法相结合的推力分配方法。通过动力定位过程的推力分配数值仿真,分析表明:过驱动矢量推进系统数学模型的准确性;且可实现动力定位船的三自由度运动控制;本方法还可实现推力优化分配输出,可有效避免全回转推进器在其回转禁止域内输出推力,同时具有简单、准确、实时性强、避免推力饱和输出等优点。本方法对DP船舶运动控制和推力分配方法的研究,具有一定的指导意义和工程价值。

基于模糊控制的船舶全回转推进装置控制仿真

船舶全回转推进系统是具有角度控制和速度控制的双变量控制系统,因其要求系统稳定度好,控制精度高,响应速度快,控制难度较大。本文针对其控制特点,提出在无需建模的基础上,采用模糊控制技术解决传统PID控制的局限,并通过仿真"泰安口"轮的全回转推进装置的动态响应,从理论上证明了模糊控制的优越性,为船舶全回转操控提供了另一种思路。

供气周向不均匀对霍尔推力器放电特性及性能的影响

研究发现,由于气体分配器安装及制造误差,或者出气孔被溅射产生的粒子阻塞容易导致霍尔推力器周向出气不均匀。采用堵塞气体分配器出气孔的方式实现周向不均匀气体分布来研究供气周向不均匀程度对霍尔推力器放电特性及性能的影响,试验得到了不同情况下的电流特性、近场区离子电流密度分布以及整体性能参数。结果表明,出气周向不均匀导致放电电流增加,增量最大可达25%以上,放电电流振荡严重,同时减小了推力器的效率和比冲。

舵桨装置基座及加强结构的强度研究

舵桨装置基座及加强结构为舵桨合一悬挂装置的支撑结构,其受力状态和结构形式复杂。该文通过分析舵桨装置的工作运行特点,提出了该基座及加强结构在不同海况、各种工作状态下的载荷计算方法,通过结构有限元分析,对这部分结构进行了综合优化,从优化结果可见其应力分布较为合理。

全回转推进器螺旋桨桨叶结构强度评估方法（英文）

为了解决全回转推进器螺旋桨的单向流固耦合问题,实现螺旋桨桨叶结构强度精确评估,文章基于计算流体力学和有限元法开展了螺旋桨桨叶的结构强度计算方法研究,重点探讨了桨叶表面随机分布压力从流体域到固体域的转换技术。在此基础上,文中提出了桨叶固液交界面上水动力载荷的转换方法,详细研究了插值加权系数和有限元网格尺寸对桨叶结构强度计算精度的影响规律,给出了适用于桨叶强度评估的插值加权系数和单元网格尺寸选取原则。最后,该文以5 000 k W级全回转推进器螺旋桨为例,开展了桨叶结构强度数值计算和安全评估,获得了桨叶的应力和变形分布规律,整体上建立了全回转推进器螺旋桨桨叶结构强度评估方法,可为大功率全回转推进器螺旋桨设计提供借鉴和参考。

导管桨方位推进器无空化噪声数值预报研究

为了准确计算导管桨方位推进器水下辐射噪声,文章以非均匀进流条件下实尺度导管桨方位推进器为研究对象,采用扇声源方法结合边界元方法对导管桨方位推进器无空化噪声进行了数值预报,并分析了导管桨方位推进器不同部件噪声对总噪声的贡献。结果表明:壁面脉动压力幅值最强位置主要集中在桨叶的导边以及导管内壁面靠近桨叶叶梢的部分;径向测点声源级最大值对应的频率为叶频,轴向测点噪声在三倍叶频处声源级最大;静止部件噪声是径向测点噪声的主要贡献者,旋转部件噪声是轴向测点噪声的主要贡献者;导管桨方位推进器总噪声对应的宽带声源级指向性呈椭圆形;采用扇声源方法结合边界元方法能够预报导管桨方位推进器无空化噪声,为导管桨方位推进器的噪声性能评估提供一个新方法。

深水钻井平台动力定位的推力分配研究

深海动力定位主要依靠海洋结构物的自身动力来抵抗外界环境力的干扰,推进器系统作为动力定位系统的执行机构,其工作性能的好坏将直接影响到最终的定位效果。文章简述了推力分配在动力定位实时控制系统中的功能,并归纳了用非线性规划求解最优化问题可能存在的困难。针对981钻井平台冗余的全方位推力器配置,引入扩展推力将推力分配的非线性等式约束转化为线性等式约束,提出了基于扩展推力的拉格朗日最小平方优化的显性解,在最优扩展推力的基础上对每个推进器的最大推力、推力变化以及全方位推进器方向角的最大转动变化率均作了限制。仿真结果表明该推力分配策略切实可行,对实时控制系统的内存无特别要求,定位性能较好。

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。

全回转舵桨液压系统回转抖动控制方法探析

针对全回转舵桨液压系统出现的回转抖动现象,基于AMESim搭建了含平衡阀的回转液压系统仿真模型,详细分析了平衡阀的最大节流流量、阀芯行程-通流面积特性对其动态特性的影响。结果表明:平衡阀控制压力的周期性波动会导致阀芯位置、通流面积的波动,是含平衡阀系统发生回转抖动现象的根本原因;当CB系列平衡阀的最大节流流量略小于或者等于系统设计流量时,回转动作更容易获得较好的平稳性;当含平衡阀系统的设计流量小于平衡阀最大节流流量时,CB系列平衡阀的通流面积梯度越大则回转抖动越严重,反之回转动作越平稳,所以全节流型平衡阀更容易获得平稳性,但这是以损耗回转速度为代价的;MBE*改进型平衡阀阀芯的有效行程大,有效地降低了通流面积对阀芯行程的敏感度,不仅在系统流量较小时能够获得良好的稳定性,而且在设计流量较大时仍能保持较低的压力损失。

动力定位船舶全回转推进器工作区优化

[目的]为使动力定位全回转推进器及时响应外界环境力,避免推进器产生大范围旋转,实现动力定位控制的高精度,开展全回转推进器最佳工作区间研究。[方法]以安装有两个全回转推进器和一个侧向推进器的动力定位自航模型为研究对象,首先,分析当前推力分配奇异性优化指标存在的问题,在此基础上考虑推进器的推力限制,并采用遍历推进器推力及方位角的方法,建立轴向最大能力矩阵;然后,根据外界环境力大小及变化,计算得到各轴向的最低性能要求,结合禁止角,确定推进器在不同外界环境下的最佳工作区间,获得新的推力分配逻辑框架;最后,基于传统奇异性指标与最佳工作区间的动力定位船模,分别开展定点定位试验。[结果]结果表明,所提方法能够克服奇异性指标存在的不足,实现推进器方位角在50°范围内变化,定点定位达到0.1 m半径位置和0.5°艏向的控制精度。[结论]所述方法可替代奇异性指标,满足船模动力定位试验要求,具备一定的工程实用价值。

钻井平台倾角全回转推进器优势概述

全回转推进器与船体、下游推进器之间的水力干扰问题及推进器禁区问题会限制全回转推进器最大限度地发挥其性能。依据瓦锡兰最新推出的8°倾角全回转推进器,分别对比分析其与直角推进器在航行时与船底、浮箱及下游推进器之间的干扰。结果表明,8°倾角全回转推进器在消除与船体及下游推进器之间的干扰方面有独特优势,具有更广泛的应用前景及工程优势。

全回转导管桨水动力干扰数值预报与分析

为探明串列全回转导管桨水动力干扰问题,基于黏流理论,采用滑移网格方法,开展均匀来流下两个串列桨在不同偏转角度下水动力性能的数值预报研究,定量分析不同偏转角度下上游桨对下游桨水动力的影响,重点关注不同偏转角度时下游桨推力、功率损失及叶片负载的脉动无序性。研究结果表明,在上游桨尾流影响下,上游桨无偏转角度时,下游桨推力损失约70%,上游桨偏转10°时,下游桨推力损失约15%。研究结果对动力定位系统控制策略具有指导意义。

全回转推进器多偏转角工况水动力性能研究

对全回转推进器多偏转角数值计算策略进行研究设计,运用计算流体力学软件Fluent对全回转推进器不同偏转角(0°,±5°,±10°)工况下的水动力性能进行数值模拟。为验证该数值模拟方法的可靠性,在某拖曳水池进行与数值模拟相对应的敞水模型试验。通过对比,可知计算值与试验值具有较好的贴合性,数值计算方法较为可靠。根据数值计算和模型试验结果,对多进速、不同偏转角工况下全回转推进器的水动力性能进行分析,总结偏转角及进速系数对水动力性能的影响规律。

基于OpenFOAM的全回转推进器非定常性能预估

本文选择某一全回转吊舱推进器为研究对象,运用任意网格面元法(AMI)CFD数值计算方法,计算采用的开源数值计算软件OpenFoam对全回转推进器非定常敞水水动力性能进行了研究分析.控制方程离散采用有限体积法,湍流模型选取SSTκ-ω 模型,速度压力耦合采用PIMPLE算法求解.通过与试验结果比较,验证了基于OpenFoam的非定常数值计算方法在全回转推进器敞水性能预报的可靠性和有效性.

可回转多桨推进无人船的运动建模与仿真

可回转多桨推进因机动性好、控制效率高成为无人船重要的推进方式,但其运动控制相对复杂,须对其运动模型进行深入研究。在可回转双桨电力推进船舶的研究基础上,根据船舶分离型运动建模方法,分析可回转四桨推进无人船的运动规律及其在纵荡、横荡和艏摇三个自由度上的作用力,建立可回转四桨船舶的推进与回转运动模型,导出无人船运动线性响应方程。选取了4种典型的螺旋桨组合工况:①仅船首两桨工作;②仅船尾两桨工作;③四桨同时工作;④仅右舷两桨工作。通过计算机数值仿真,对比了不同工况下无人船的回转能力。仿真结果表明,无人船在工况④下的回转能力最佳,回转半径约为8 m;在工况①下的回转能力最差,回转半径约为50 m。最后通过试验验证了该运动模型的有效性。