JDC三叶可调螺距螺旋桨系列

为改善船舶推进和海洋工程动力定位的性能,我们对可调螺距螺旋桨进行了多方面研究。已完成了盘面比为0.35、0.50和0.65的JDC三叶可调螺距螺旋桨系列的试验研究。获得了JDC系列全部试验结果。敞水试验数据按盘面比、初始螺距比、进速系数,转角、进速系数,初始螺距比及其相应的转角、进速系数三种组合进行多元回归分析,给出敞水曲线及其相应的多项式的系数和幂。水动力转叶力矩试验数据在不同盘面比时,按初始螺距比、转角、进速系数进行多元回归,给出水动力转叶力矩系数曲线及相应的多项式的系数和幂,离心力转叶力矩系数的计算值,在不同盘面比时按设计螺距比、转角进行多元回归,给出离心力转叶力矩系数曲线及其相应的多项式的系数和幂。最后给出各盘面比的B~(1/2)_p-δ图谱,供设计使用。     

简易导管三叶可调螺距螺旋桨系列

为改善船舶推进和海洋工程动力定位的性能,对导管螺旋桨及可调螺距螺旋桨进行了多方面的研究工作。采用导管可调螺距螺旋桨可兼顾二者之优点进一步改善其推进性能。 利用交通大学JDC三叶可调螺距螺旋桨系列和JD7704导管组合成导管调距桨系列,本文提出了全部试验及分析结果。 用多元回归分析方法对全部试验结果进行处理。最后,给出了回归系数,敞水性征曲线,水动力及离心力转叶力矩值以及(B_p)~(1/2)-δ图谱,供设计使用。     

耙吸挖泥船导管可调桨设计及实验研究

某4 500 m3耙吸挖泥船,经多年使用后主机功率下降,挖泥作业时推力不足。对该船主机进行实测,了解并确认主机的工作状态,在不改变轴系和调距机构的前提下,首次采用JDC4-55可调桨配合高效导管替代原有可调桨的设计方案,并进行了新导管可调桨和原桨的敞水实验及自航实验。实验结果显示该改造设计方案能显著提高该船挖泥工况的推力,达到节能增效的目的。此外,对于尾部设置类似导流尾鳍的导流结构进行了相关实验,得到有益结论。     

考虑诱导速度的螺旋桨敞水性能CFD模拟

螺旋桨工作时在其周围形成诱导速度场,诱导速度随到桨叶距离的增大而衰减。采用CFD方法模拟螺旋桨敞水性能时,只能截取有限尺度的流域进行计算,此时计算域边界上诱导速度并不为零,将进口速度设为进速是近似的。一般采用足够大的计算域,使螺旋桨前方及侧面边界尽量远离桨叶。为了在较小的计算域中实现螺旋桨敞水性能的准确预报,提出在设定进口速度时计入螺旋桨诱导速度的CFD模拟方法。应用升力面方法计算诱导速度,将进口速度设为进速与诱导速度之和。逐步减小计算域尺度,考察敞水性能及压力分布计算结果的变化情况及精度。算例比较表明:通过考虑诱导速度,可以大幅度减小进口与螺旋桨的距离而不降低计算精度。     

螺旋桨对海冰切削作用的DEM-FEM耦合分析

当船舶在冰区航行时,螺旋桨会与海冰相互碰撞并导致桨叶的变形和损坏,进而影响船舶的航行安全。为研究海冰与螺旋桨的相互作用过程,采用离散元(DEM)—有限元(FEM)耦合方法构建海冰—螺旋桨切削模型。海冰和螺旋桨模型分别采用具有黏结—破碎特性的球体离散单元和8节点六面体有限单元构造。基于该DEM-FEM耦合模型讨论了不同切削深度下,螺旋桨所承受冰载荷的特点和规律;最后,研究了螺旋桨切削海冰过程中进速系数、推力系数、扭矩系数之间的对应关系,并讨论了海冰—螺旋桨相互作用过程中冰压力、Mises应力和变形的分布特点。以上研究可为寒区船舶安全航行和螺旋桨设计提供有益的参考。     

带前缘结节叶片导管桨尾流不稳定性分析

导管桨的尾流不稳定性在其性能评价中非常重要,不但是其能否提供稳定推力的保证,而且也与螺旋桨的尾流噪声直接相关。为了改善导管桨的尾流,提高尾流稳定性,并优化导管桨的流场脉动,根据座头鲸鳍肢前缘结节的仿生原理,对导管桨叶片的导边进行改进,提出了两种仿生桨型,采用IDDES湍流模型对低进速系数下常规导管桨和仿生叶片导管桨进行数值模拟,探究叶片构型对导管桨性能和尾流不稳定性的影响。计算结果表明,前缘结节可以有效降低叶片受力波动的幅值和叶片所受合力的主频域峰值,具有较大结节的叶片对导管桨尾流有明显的优化作用,在尾流远场中扩大了流动稳定区,延后了尾流处涡破碎的发生,改善了能量谱密度的频域分布。进一步,大前缘结节叶片导管桨应用在低速工况下时,可以大量减少尾流泄涡区域的二次涡产生,这是由于前缘结节提升了相邻涡互感的强度,使得尾流更加稳定,而小结节叶片仿生桨型对导管桨尾流则无明显优化作用。研究方法和成果可为螺旋桨尤其是导管桨尾流不稳定性研究提供参考,不仅验证了前缘结节在导管桨叶片应用的合理性,而且揭示了其优化尾流稳定性的机理。     

块状冰对螺旋桨水动力性能的影响

基于重叠网格模型,通过非定常RANS数值模拟与结果分析,研究了块状冰的尺寸、轴向运动和冰桨位置对螺旋桨水动力性能的影响。选用切割体网格绘制整体静止计算域的背景网格,之后结合棱柱层网格绘制螺旋桨子计算域和冰块子计算域的重叠网格,不同的计算域之间通过两者的重叠区域进行数据传递和插值。计算结果显示,当冰块固定在桨前时,螺旋桨产生的非定常推力和扭矩均以叶频为基频进行周期性变化,而且两者的时间平均值和振幅主要受冰块在螺旋桨盘面内的轴向投影面积、冰桨轴向位置和冰桨水平位置的影响;当冰块在桨前沿轴向匀速靠近螺旋桨时,冰桨轴向距离逐渐变小,冰桨周向相对位置发生周期性的变化,使得推力和扭矩两者均以叶频振荡,而且两者的时间平均值和振幅均随着冰桨轴向距离减小而增加。     

可调桨使用与故障处理

自第一台可调桨问世以来,由于技术上还不够成熟,其应用也不广泛。后来可调桨随着机械制造、液压技术、电子技术的发展,尤其是遥控技术的应用而日趋完善,由于其灵活机动性好,在一些领域得到广泛的应用。向阳红09船作为国内最早的科学考察船之一,于1983年最先应用了从瑞典引进的卡梅瓦(KAMEWA)可调桨,型号为79KS/4,为四叶桨,直径3130mm,设计的功率为6615Kw,对应的转速为200rpm。可调桨的桨叶与桨毂中支持桨叶的承座相连接,通过桨毂中的旋转机构操纵桨叶旋转,旋转机构的动力则由液压、机械、电力等不同方式输出。可调桨在不同工况下充分利用主机的功率与转速,对于桨叶负荷的变化适用性较好,可使船-机-桨处于良好的匹配状态。     

船舶螺旋桨尾流动态结构分析

为了探索螺旋桨尾流的细节结构,以标准桨DTMB 4119桨为研究对象,利用Fluent软件开展了均匀来流下螺旋桨尾流场的数值模拟,分析了尾流场中轴向、径向、周向速度、涡量以及螺旋桨附着涡的总环量分布特征;研究了尾流结构及其演化规律,获得诸如Rankine模式梢涡的结构、尾涡片的分层特征、尾流收缩等典型的尾涡结构特征。计算结果与试验测试结果取得了良好的吻合。     

一种小型水下自航行器推进系统设计与分析

从系统角度考虑,整体优化,设计了水下自航行器推进系统.通过外形优化减小轴向阻力,根据阻力和综合分析设计螺旋桨,并由敞水池试验验证螺旋桨的性能,在此基础上完成了推进控制系统的分析与优化设计.试验结果证明系统设计方法正确,推进系统性能良好.     

摆线推进器水动力性能研究

本文主要通过实验的方法研究了五叶摆线推进器在不同螺距比和方向角情况下的水动力特性。其螺距比的变化范围从０．２π到０．７５π,方向角的变化范围为－９０°到９０°;其实验结果可供设计和研究引用参考。     

可调桨使用与故障处理

自第一台可调桨问世以来,由于技术上还不够成熟,其应用也不广泛。后来可调桨随着机械制造、液压技术、电子技术的发展,尤其是遥控技术的应用而日趋完善,由于其灵活机动性好,在一些领域得到广泛的应用。向阳红09船作为国内最早的科学考察船之一,于1983年最先应用了从瑞典引进的卡梅瓦（KAMEWA）可调桨,型号为79KS/4,为四叶桨,直径3130mm,设计的功率为6615Kw,对应的转速为200rpm。可调桨的桨叶与桨毂中支持桨叶的承座相连接,通过桨毂中的旋转机构操纵桨叶旋转,旋转机构的动力则由液压、机械、电力等不同方式输出。可调桨在不同工况下充分利用主机的功率与转速,对于桨叶负荷的变化适用性较好,可使船-机-桨处于良好的匹配状态。     

大侧斜螺旋桨敞水与空化性能数值模拟

基于RANS方程的求解方法,对PPTC大侧斜螺旋桨的敞水和空化性能进行数值计算。采用不同的两方程湍流模型对PPTC螺旋桨进行敞水计算,计算的结果与SVA公开发表的试验结果十分吻合。选取表现相对较好的RNG k-ε湍流模型做了网格无关性验证的计算。依据SVA公布的空泡试验结果,选取其中一个的典型空化状态进行数值模拟(J=1.019,=2.024),计算结果表明在叶片上出现了与试验结果基本吻合的片状空泡,将计算结果与其它相关数值模拟结果进行比较分析。     

不同设计参数下对转桨水动力性能研究

由于前后桨的相互干扰,对转桨的推力和扭矩呈现非常明显的非定常特点。一些主要的设计参数,如前后桨叶数比、推力比以及桨盘面间距对对转桨的水动力性能皆有一定的影响。分别对它们进行系统的研究有助于减弱对转桨的不利干扰,最大程度地回收周向动能。本文采用CFD方法首先分析了叶数比的影响,推力和扭矩的预报结果与试验值吻合良好,结果显示,叶数比为4∶5的对转桨拥有较好的稳定性。另外,对转桨的效率比等效单桨高8.73%~10.2%左右。最后研究了前后桨不同间距和不同推力比的影响,结果显示,增加前后桨的间距可以有效减小前后桨的不利干扰,但是在一定间距内或者推力比在1附近,对转桨水动力均值变化影响不大。     

微型缆控水下观测机器人推进动力分析

文中针对一款配置4个螺旋桨且五自由度运动可控的微型缆控水下观测机器人进行了推进动力性能分析,采用流体力学方法计算了螺旋桨推力和扭矩,以及机器人的总体运动阻力和运动效率等关键动力参数。该水下机器人利用水平配置的螺旋桨推进器可实现前后移动和横向转弯,利用两个V型配置螺旋桨推进器可完成垂向、横向和横滚运动。文章首先对单个螺旋桨转速分别为3 000 rpm,4 000 rpm,5 000 rpm时进行了水动力学分析,计算了不同转速下对应的前向推力和阻力扭矩,拟合了转速-推力和转速-扭矩曲线;其次,对水下机器人整体模型在前向、横向和垂向三个方向上进行了水动力学计算,分析了机器人的整体运动阻力,拟合了机器人的速度-阻力曲线;然后,对应比较螺旋桨的转速-推力曲线和机器人的速度-阻力曲线,大致得出不同螺旋桨转速下机器人的推进速度,明确螺旋桨转速与机器人运动速度的对应关系,为螺旋桨水动力分析确定入口速度;最终,根据螺旋桨入口速度,重新计算螺旋桨水动力,绘制了转速-推力和转速-扭矩曲线,并确定机器人的推进效率,得出了螺旋桨转动和水下机器人整体运动的关键动力参数。     

全附体潜艇的PMM仿真实验

针对潜艇水动力系数求解及流场预测问题,本文通过求解瞬态雷诺时均方程,结合SUBOFF潜艇模型的具体参数和重叠网格法,提出了一种计算潜艇平面运动机构试验(PMM)的仿真方法,实现了PMM的虚拟仿真。将仿真试验的计算结果运用傅里叶变换获得了潜艇的加速度、角加速度的水动力系数,同时计算出频率为0.4 Hz时的潜艇的流场变化。结果显示：PMM数值试验所求得的水动力系数与试验值吻合良好,其中,惯性类系数求解精度较高,大部分系数的误差在17%以内,而黏性类水动力系数的求解精度远不如直线拖曳试验或回转试验计算精度高,个别计算系数超过了50%。从数值试验的整体效果上看,PMM数值试验方法可以用于潜艇惯性类系数的初步求解和预报,而黏性类系数的精度有待进一步研究。     

抑制涡激振动的螺旋列板设计参数研究

基于水池模型实验结果和工程设计经验,结合国内外试验数据,着重分析用于抑制海洋立管涡激振动的螺旋列板几何参数(鳍高和螺距)及覆盖率对立管涡激振动的影响;并对水动力直径和水动力系数的选取对预报涡激振动的影响进行了分析,进而提出了适合于海洋立管工程应用的螺旋列板几何和设计参数选取的建议,为螺旋列板工程应用、海洋立管强度和疲劳设计提供参考。     

波浪要素对水平圆柱杆件水动力系数影响研究

通过试验研究了波浪要素对水平固定圆柱杆件水动力系数的影响。试验利用垂直杠杆原理,提取了杆件在波浪下的水平受力历时曲线,基于改造的莫里森方程,计算了不同波浪要素下的水动力系数C_D和C_M取值。定义分析了新的波高参数KH,周期参数KT和雷诺数Re对水动力系数的影响。研究表明,整体拟合法与四点拟合法获得的水动力系数在数值上差异不大。KH、KT及Re均对水动力系数的取值有较显著影响:1)随着波高KH的增大,C_D、C_M整体呈幂指数衰减,且C_M的衰减更为迅速;2)随着波周期KT的增大,C_D、C_M整体亦呈衰减趋势;3)相同波高条件下,C_M随Re数增大而增大,而C_D值相对稳定。最后给出了波浪条件下水动力系数C_D和C_M的经验计算公式。     

粘性泥沙在流动盐水中的沉降试验研究

介绍了粘性泥沙在流动盐水中的沉降试验，计算了沉降速度。试验结果表明，粘性泥沙的动水絮凝沉速与静水絮凝沉速相比，前者比后者小得多。     

自由吸气螺旋桨导管防蚀装置的试验研究

近几十年来,导管螺旋桨的试验研究取得了巨大的进展。因它显著提高了重负荷桨的推进效率,故在拖船、拖网渔船以及大功率的超大型油船上得到了广泛的应用。从节省能源角度出发,人们对导管桨的应用也更加重视。但在实际使用中,由于导管内壁的严重空泡侵蚀,造成钢板穿孔漏水,大大降低推进效率,为此必须进行修补或更新,这