An integral panel method for the hydrodynamic analysis of hybrid contra-rotating shaft pod propulsors

The present work is devoted to developing an efficient method for the analysis and design of hybrid contra-rotating shaft pod(HCRSP)propulsors.The geometry of contra-rotating propulsor(CRP)was then analyzed,and a steady integral panel method that treats the forward and aft propellers as a whole part is presented.During the study,the control equation of the steady integral panel method for CRP is derived in detail.From the experience of developing an integral panel method for CRP,the characteristics of panel singularity strength in HCRSP propulsor was analyzed.Based on this analysis,an integral panel method for HCRSP propulsor is developed and the wake model discussed.Then,the method is applied in the performance analysis of HCRSP propulsor.Comparison between experimental data and numerical results shows that the steady integral panel method has good accuracy in terms of open water performance.Regarding the latter,the error source in the steady integral panel method is discussed.

L型吊舱推进器直航及操舵工况水动力性能试验研究

针对L型吊舱推进器的结构特点自行研发了一套水动力性能测量装置,并利用船模拖曳水池实验室对其敞水性能进行了试验研究.试验测量了直航状态下进速系数在0~1.3内的螺旋桨推力、转矩以及吊舱推进器单元整体的推力和侧向力等相关性能,并对3个不同进速系数下L型吊舱推进器以0.139 6rad/s的操舵速率进行动态操舵时的螺旋桨及吊舱整体的水动力性能与静态操舵时的水动力性能进行对比.研究发现,右旋桨L型吊舱推进器在向右动态操舵时螺旋桨整体上的推力要较静态操舵状态的大,而转矩偏小,吊舱单元整体受力变化较为复杂.

舵角工况下吊舱推进器性能试验研究

吊舱推进器兼具推进和操纵功能,通过模型试验研究了某拖式吊舱推进器在±30°舵角范围内敞水工况下的水动力性能。通过三分力天平和吊舱动力仪测量了吊舱推进器单元的轴向力、侧向力、转舵力矩以及螺旋桨的推力、扭矩,分析了吊舱推进器水动力性能随舵角和进速系数变化的趋势,研究结果表明,舵角对吊舱推进器所受力和力矩的影响较复杂,且受螺旋桨的旋转方向影响明显,所得研究结论对吊舱推进器的设计及其在营运中的操作方式具有指导意义。

ARBT2300型推进器水动力性能CFD分析与实验研究

就上海振华重工集团为2×2000T工程船设计的动力定位用ARBT2300型可伸缩全回转导管式推进器,阐述其CFD与实验方法测试水动力性能的结果,分析CFD计算结果与实验结果差异的原因。基于计算与实验结果,就动力定位推进控制应用,指出了推进控制应用需要关注的研究内容,为后续应用奠定了基础。

连续摆动吊舱推进器水动力性能数值模拟

为了探讨吊舱推进器瞬时回转工况中的水动力性能,本文使用RANS方法,采用了SST k-ω湍流模型对吊舱推进器所受载荷进行研究。螺旋桨模型选用右旋四叶桨,计算域使用切割体网格生成器对网格进行划分。吊舱推进器的运动采用了滑移网格的方法实现连续摆动;探讨了不同进速系数下的螺旋桨载荷特性,并且比较了吊舱推进器在瞬时回转工况中和稳定斜流工况下的水动力性能。数值模拟结果表明:与稳定斜流工况下相比,吊舱推进器在从左舷转向右舷的过程中推力系数更大。随着斜流角的增加,瞬时工况和稳定工况中下吊舱推进器所受载荷变化趋势一致。

拖式吊舱推进器敞水中直航和操舵工况水动力性能数值预报

以某型拖式吊舱推进器为研究对象,采用非定常RANS方法对该推进器在敞水中直航和操舵工况下的粘性流场进行数值模拟,对螺旋桨单元和吊舱单元整体的轴向力、侧向力、扭矩和操舵力矩进行了数值计算,得到了该吊舱推进器敞水中的水动力载荷均值和脉动值随来流速度和舵角变化的关系.研究发现,桨单元与吊舱单元的平均水动力特性在大舵角、高来流速度下有较大的差别,提供最大敞水效率的操舵方位与来流速度有关;桨叶的水动力脉动以一倍轴频成分为主,且其推力、侧向力和扭矩的脉动幅值明显,而桨单元和吊舱单元的水动力脉动以一倍叶频成分为主,且其脉动幅值整体上较小;操舵方向不影响桨单元水动力均值和脉动值对称性,但对吊舱单元推力、扭矩和操舵力矩均值和脉动值有明显的影响.

基于重叠网格的吊舱推进器偏转工况水动力性能数值模拟

为了更灵活高效地对吊舱推进器偏转工况下水动力性能进行数值模拟,采用重叠网格划分螺旋桨计算流域和某吊舱推进器偏转工况下的计算流域,对4381型、4119型螺旋桨的敞水性能进行了数值预报,将重叠网格和滑移网格获得的计算结果进行了比较分析,验证了重叠网格方法应用于螺旋桨水动力性能计算的可行性.对吊舱推进器偏转工况下水动力性能进行预报和分析.结果表明,应用重叠网格获得的计算结果具有较高的计算精度,且重叠网格处理吊舱推进器偏转工况等多体相对运动问题更高效.

重负荷导管舵桨空泡性能研究

该文以兼顾系柱大推力和航行速度为设计目标的推式导管舵桨为研究对象,采用RANS方法中的SST k-ω模型,选择Schnerr-Sauer空泡模式,考察航行和系柱工况下的空泡数值模拟结果,并与模型试验结果相比,得到的空泡形态大致与试验结果相符合,能够很好地捕捉到叶背片空泡、叶面空泡、梢涡空泡、梢隙空泡。因为吊柱与导管、导管桨的距离较近,出现了连体涡空泡现象,文中进一步分析了吊柱-导管桨距离与连体涡强度的关系,提出抑制连体涡空泡产生的距离(即距离大于0.35D,可基本消除连体涡空泡),对基于空泡性能的导管舵桨优化设计提供了重要支撑。

串列式吊舱推进器操舵工况水动力试验研究

利用船模拖曳水池及自行开发的吊舱推进器测量系统,对双桨串列式吊舱推进器在直航及操舵工况下的水动力性能进行了模型试验研究.在进速系数为0∽1.08,舵角为0∽90°范围内测量了前后桨的推力和扭矩,以及吊舱单元（包括舱体及前后桨）整体推力、侧向力和转舵力矩.结果表明：前桨受吊舱舱体及后桨的影响较小,后桨则受前桨及舱体的影响较大;吊舱推进器推力随舵角的增加而减小,侧向力及转舵力矩随舵角的增加而增加.

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%.