一体化节能推进装置定常水动力性能的数值模拟分析

为了对比和分析一体化节能推进装置的节能效果,采用粘流计算流体力学方法计算了普通桨舵系统和一体化推进系统的定常水动力性能.采用分区域划分网格方案,将计算域分解为2个区域,内区包含螺旋桨,整个区域采用结构网格,螺旋桨表面及近后方流场网格局部加密.通过将桨舵系统的推力、扭矩、效率计算值与势流计算结果及试验值进行对比验证了数值方法的可靠性.同时,研究了2个推进系统下水动力性能及桨舵表面受力分布的变化规律,通过分析认为:一体化节能推进装置通过增大螺旋桨推力,减小舵的阻力,提高了桨舵系统的效率,效率增值约为3%～8%;同时与普通舵压力比较,设计舵导边位置的压力集中区面积减小,舵中部压力分布更加均匀,舵剖面压力系数分布平缓,使得舵的水动力性能改善.

襟翼舵舵球技术研究

在关于航球节能原理及襟翼舵舵球特殊性分析的基础上，介绍了在襟翼舵上加设舵球的研究，讨论了奖、球间距及舵球直径等因素对舵球性能的影响．

某双艉鳍船型设计问题的综合治理与效果研究

基于某双艉鳍船型在设计中出现的问题,利用CFD的计算技术,深入剖析了该船在实船试航过程中出现的螺旋桨负荷过重、转速不稳定、左右桨转速差别较大、艉部产生较剧烈振动、航速同要求值相差甚远等现象的成因。在实船已经建成,船体线型及螺旋桨均无法改动的情况下,通过切割螺旋桨直径及修削随边、设计并加装整流鳍、采用舵球节能装置等三项综合措施后,成功解决了上述诸多问题,取得了极其显著的效果,得以顺利交船,避免了难以估量的重大损失。

导管桨加装节能舵球的水动力性能计算分析

针对42 m拖网渔船导管桨和舵,利用CFD商业软件Fluent提供的MRF法和RNG k-ε湍流模型,计算导管桨-舵系统的水动力性能。设计一种节能舵球,计算安装舵球后桨-舵-舵球系统的水动力性能,研究节能效果与进速系数之间的关系,分析导管桨尾流场,探讨舵球节能的机理。

直升机桨毂减阻设计进展

针对直升机桨毂部分,系统介绍了气动减阻设计的进展情况,包括常规主旋翼、共轴式双旋翼和无人直升机旋翼桨毂的减阻设计方案。常规单旋翼直升机上主要采用整流帽进行桨毂减阻,共轴式双旋翼桨毂分别采用钝椭圆柱和翼型截面柱体整流罩对上、下桨毂和旋翼轴进行减阻,无人直升机的桨毂减阻设计方案与有人直升机类似。在风洞试验和数值计算研究中,通常会对影响减阻效果的整流罩设计参数和组合方式进行研究。目前,直升机桨毂减阻设计与应用还面临很多困难,需要综合考虑设计制造、部件干涉以及整流罩位置控制等问题。

舵球对桨-舵组合系统水动力性能影响的研究

针对某一MPV2200散货船的敞水试验桨和NACA66翼型舵,利用CFD软件对螺旋桨的敞水性能进行预报,计算结果与试验值的相对误差在6%以内,验证计算方法的可靠性。附加舵球结构,通过舵球直径和桨毂直径的比值(Db/Dh)变化,研究舵球直径对桨-舵-舵球系统的水动力性能的影响。计算结果表明,对于本桨-舵系统,Db/Dh=1.50时,舵球的节能效果最佳。该值和文献中给出的舵球最佳尺寸范围基本吻合,验证了该方法的有效性。随着进速系数J的变化,桨-舵-舵球系统与桨-舵系统的效率增幅也会发生变化,最大效率增幅可达到2.53%。这也为舵球的优化设计提供了参考。

翼型舵球几何参数对桨-舵系统节能效果的影响

以KP505桨及NACA0018舵为研究对象,基于CFD软件FINE/Marine,运用滑移网格技术分别预报了单个螺旋桨及桨-舵组合系统的水动力性能.计算结果表明:裸桨的预报结果与实验值吻合良好,在进速系数为0.1~0.8时,相对误差均在5%以内,且在低进速下,桨-舵系统总效率较裸桨效率有所提高,最高提高1.27%;在高进速下,桨-舵系统总效率降低较大,最大降低6.36%.在此基础上,对桨-舵-舵球组合系统进行计算,通过改变翼型舵球的几何参数,讨论舵球尺寸对桨-舵系统节能效果的影响.结果表明:当翼型舵球剖面相对厚度比为0.28,且最大直径与螺旋桨直径之比为0.16时,节能效果最好,最佳节能效果达到1.62%.同时,通过对桨-舵系统与桨-舵-舵球系统的尾流场进行比较分析,得出舵球的节能原理,为舵球的实际工程应用提供了重要的理论依据.

舵球坞内安装工艺与流程

随着燃油价格的不断上涨,对船舶节能的研究也变得越来越迫切,舵球填充了螺旋桨毂帽后的低压区空间,对桨后的水流有良好的整流作用,从而减少了紊流涡流引起的能量损失。舵球可以提高节能效果3%~5%,且投资少、安装方便,具有很好的应用前景。文章以滚装船"泰坦尼亚"加装舵球为例,详细说明舵球坞内安装流程及安装注意事项。为以后此类工程提供参考。

舵球装置对螺旋桨/舵系统水动力性能影响的仿真研究

基于计算流体动力学(CFD)理论和Fluent软件,采用分区混合网格方案和运动参考系法(MRF),结合RANS方程和RNG湍流模型计算螺旋桨与舵、舵球相互干扰的水动力性能。研究舵球直径对螺旋桨、螺旋桨/舵系统水动力性能的影响。结果表明:舵球直径与螺旋桨的直径之比存在最佳匹配范围,此时螺旋桨/舵系统的推力增加显著,螺旋桨的转矩系数基本不受影响,螺旋桨/舵系统的节能效果最大为2.413%,可为舵球的设计优化提供参考。

基于CFD的油船节能舵球设计与分析

选取一超大型油船,利用CFD软件与参数优化相结合,运用滑移网格模拟桨舵及船桨舵的一体运动,综合分析船舶的推进性能。与试验结果对比,螺旋桨敞水及船桨舵自航的CFD结果与实验值吻合度高。在此基础上,通过参数化建立舵球的模型,分析舵球对桨舵系统敞水性能的影响。对筛选方案进行整体自航对比,评估舵球的节能效果。

基于实海域模型试验的组合节能附体效果研究

为了减小在评估水动力组合附体节能效果时存在的尺度效应和海浪环境的影响,以安装有导流鳍-舵球组合节能附体的矿砂船模为研究对象,设计了一套能对螺旋桨推进性能等航行数据进行监测和分析的综合测试系统,并在黄海北部海域先后开展了静水和波浪环境中的实海域自航试验,对不同浪高、浪向下组合附体对螺旋桨推进性能的影响进行了分析.试验结果表明:在不同波浪环境下,组合节能附体会对螺旋桨的推力和扭矩产生不同的影响,最大可使螺旋桨的推力增加15%~17%,扭矩下降3%~7%.

拖网渔船水动力节能技术研究

该文以42 m拖网渔船为研究对象,基于CFD计算软件FLUENT,从船型优化、导管桨效率的提高以及节能舵球的设计三个方面来对拖网渔船的水动力节能技术进行分析阐述。以球鼻艏长度、宽度和高度以及有无外龙骨作为变量对原船型进行优化,进行优化后船模的阻力预报与对比;通过对不同导管匹配Ka4-55螺旋桨的数值模拟计算,研究了导管型号对导管桨敞水水动力性能的影响;并针对此导管桨设计了3种不同形状的节能舵球,比较了它们所带来的节能效果的差异。

舵球几何参数对螺旋桨水动力性能的影响

为研究舵球几何参数对螺旋桨水动力性能的影响,用面元法计算了螺旋桨-舵-舵球系统的推进性能。采用双曲面元以消除面元间隙,对舵球网格进行加密,螺旋桨弦向和展向采用余弦划分方式。用迭代计算考虑螺旋桨与舵及舵球之间的相互干扰,螺旋桨与舵之间的诱导速度在面元处进行周向平均,将非定常问题转化为定常问题。首先用该程序计算了桨舵系统水动力性能,计算结果与试验值吻合良好。然后对舵球几何参数进行了变尺度计算,结果表明,舵球直径与螺旋桨直径存在最佳匹配值,使得螺旋桨效率最大;舵球长度存在临界值,当舵球长度小于临界值时螺旋桨节能效果增加显著。