轮缘推进器水动力性能影响因素数值研究

为指导轮缘推进器(RDT)水动力学设计,借助CFD方法,对RDT各主要几何特征对其水动力性能影响开展研究。首先,验证CFD数值方法分析RDT水动力特性的有效性;然后,基于CFD研究RDT水动力性能的各主要影响因素,主要包括导管的长径比、扩散比、导管收缩比和桨叶梢径比。结果表明:RDT最佳长径比随载荷系数递增,并趋于一极限值,相比于导管扩散比和收缩比,导管长径比因素更能主导RDT的设计优化;RDT最佳扩散比随载荷系数递减,并趋于一极限值,最佳扩散比随长径比递减;RDT的收缩比对水动力性能影响不及扩散比和长径比显著,最佳收缩比随载荷系数呈线性递增,随长径比递减;RDT的最佳梢径比随载荷系数递增,无毂RDT比有毂RDT具有更小的最优梢径比。研究结果可为轮缘推进器的水动力学设计和优化提供参考。

无轴轮缘推进器内置电机防护材料与防护工艺综述

无轴轮缘推进器采用永磁电机-螺旋桨-舵一体化设计,取消了传统轴系推进器的传动轴等结构,在节省安装空间、提高推进效率和减振降噪的同时,也面临着电机水下防护难题。分析了其内置电机的防护需求;讨论常用防护材料的优缺点;此外,介绍了电机转子和定子的防护层制造工艺;最后总结了目前防护材料及工艺的不足,提出需要进一步研究的重点和目标。

船舶轮缘推进装置驱动电机及控制方法研究进展

轮缘推进装置(RDT)是一种先进的电力直驱式船舶推进器,具有高功率密度、高机动性能、减振降噪和节能环保等显著优点。与应用在陆地上的电机系统相比,浸泡在水中工作的RDT驱动电机面临电机气隙大、性能受流场制约、难以安装位置传感器、电机控制与航行控制关系复杂等难题。该文分析了RDT电机的工作特点,在此基础上详细阐述了RDT驱动电机类型、驱动电机的无位置传感器控制方法、RDT全回转控制方法以及多RDT的协同控制方法等方面的研究现状,指出尚待解决的问题和今后的研究方向。

无轴轮缘推进器水动力性能分析及桨叶强度校核

基于CFD数值计算,计算某无轴轮缘推进器轮缘内外表面、前后端面的摩擦扭矩值,并与经验公式值进行对比,结果表明,轮缘总摩擦扭矩与经验公式值的误差在1.3%之内。通过采用相同的方法计算JD75+Ka4-70导管桨的水动力性能,并与试验值进行对比,验证该方法的正确性。在此基础上,通过单向流固耦合方法对桨叶的结构强度进行计算分析,并对原型桨的桨叶厚度分布进行改变,分析桨叶厚度分布改变对无轴缘推进器水动力性能及桨叶强度的影响。结果表明:再设计桨的质量、推力、扭矩均有所下降,效率提高了2.1%。虽然桨叶最大变形量及最大等效应力均有所增加,但仍满足强度要求。在满足强度要求的条件下,可以通过有限元计算方法选择较为合适的桨叶厚度分布,提高无轴轮缘推进器的敞水效率。

无轴轮缘推进器的间隙流动功耗与散热

针对间隙流体的摩擦功耗及其对电机散热的影响问题,利用流体计算软件FLUENT计算不同结构参数和工况参数下间隙内的摩擦扭矩变化,并与经验公式得出的结果进行对比分析,结果显示两者相吻合。对考虑电机发热因素间隙流体的温度场分布进行数值计算,分析不同参数对间隙流体温度分布的影响规律。研究结果表明:轴向和径向间隙尺寸越大,间隙流体摩擦功耗均越大,但增大间隙尺寸对电机散热有利,因此间隙尺寸设计需综合考虑功耗、散热和磁场强度等;间隙尺寸和水流速度等是影响间隙流道温度场分布的关键因素,推进器工作产生的推力导致转子轴向移动,间隙流道功耗随之增加,温度场分布也发生变化。

轮缘推进器水润滑聚晶金刚石推力轴承承载性能试验研究

为解决舰船轮缘推进器(RDT)水润滑推力轴承承载能力差、使用寿命短等问题,提出采用超硬材料聚晶金刚石(PCD)为摩擦副的重载水润滑推力轴承设计方案。研制了金刚石粒度分别为10μm,25μm和35μm的PCD推力轴承并开展了台架试验和RDT样机试验。台架试验结果表明,粒度为10μm的轴承在重载工况下的摩擦因数波动剧烈,而粒度为25μm和35μm的轴承在20 MPa比压下可以稳定工作。该比压比现有RDT采用常规软/硬材料配副的水润滑推力轴承比压提高了40倍。转速为400 r/min时轴承的稳定摩擦因数约为0.015,且在数十小时的试验中无磨损迹象。粒度为35μm的轴承通过了在RDT样机上开展的为期1个月的启停、加减速、高速重载等严苛工况下的试验考核,证明水润滑PCD推力轴承可以胜任RDT极端恶劣环境的工作。

轮缘推进器与导管桨水动力及能量损失特性对比研究

作为船舶推进领域的一项卓越应用,轮缘推进器(RDT)具有诸多优点和广阔的应用前景。RDT的结构类似于导管桨(DP),两者主要都由叶片和导管构成。然而,RDT和DP却存在一些结构上的区别,这将引起水动力性能和能量损失分布出现明显的差异。本文采用计算流体力学(CFD)方法,结合SST k-ω湍流模型和熵产理论分析方法对RDT与DP进行数值模拟对比研究。研究结果表明:RDT在全进速范围内比DP具有更高的推力与扭矩,但效率低于DP。二者的能量损失与流动分离、流动摩擦和涡流等不良流动因素密切相关,造成二者能量损失的主要原因为湍流耗散。此外,RDT在全进速范围内比DP也具有更高的熵产。研究结果揭示了二者的水动力及能量损失特性,为其优化设计及能量损失识别提供参考。

一种船用无轴轮缘推进器的设计研究

无轴轮缘推进器是一种新颖的船舶推进装置。通过旋转设置环在螺旋桨叶片的外缘、电机定子环形排布以及工作部件可以借助水进行冷却等设计,可以有效节约空间,增强稳定性,减少整体重量和噪声,提高推进效率和机动性,并且在一定程度上可解决设备冷却问题。

基于Ka4-70桨型的轮缘推进器水动力性能分析

轮缘推进器(RDT)作为一款新式高性能推进器,其桨叶设计还没有统一的规范。文章基于计算流体力学(CFD)求解器STAR-CCM+比较了常规Ka4-70的反厚度桨型(AT-Ka4-70)和NACA66(mod)+a=0.8拱高的翼型的反厚度桨型(RIM4-70)的轮缘推进的水动力性能。通过对其压力分布、流场分布以及涡量分布的计算分析,以及盘面比0.7约束下,分析了不同桨叶数和螺距比参数对轮缘桨型的影响,得到其敞水性能K-J图。结果表明,RIM4-70的NACA66(mod)+a=0.8拱高翼型的压力在弦长上的分布,除了导边小部分有较大的突起,其他大部分分布较AT-Ka4-70桨缓和饱满。经过空化系数对压力系数的约束分析,得到RDT RIM4-70整体抗空化能力更强,能量耗散较少。同时,RIM4-70桨型的推进效率在低进速系数的情况下较AT-Ka4-70桨较高,特别是在进速系数为0.1时,两者效率相差11.1%。研究结果为轮缘推进器螺旋桨的翼型参数设计提供参考及应用价值。