多桨船螺旋桨组合工况对舵水动力及回转性能的影响

为探究螺旋桨组合工况对多桨多舵船操纵性能的影响,以某大尺度四桨双舵自航模为研究对象,在同等直航航速下分别开展了两内桨、两外桨及四桨工作时的回转试验。试验结果表明:两内桨工作下船模定常回转时,内外舵法向力之和分别约为两外桨及四桨工作时的2.0与1.7倍;不同螺旋桨组合工况下,内外舵法向力均可能反向;两内桨工作时,船模定常回转直径约为两外桨工作时的0.55~0.67倍,而四桨工作时的回转直径介于两工况之间。综合分析表明:对于该型船舶,采用两内桨推进具有最佳的回转性能。     

水洞测试定子外形选用及其对流场影响分析

为了在螺旋桨水洞实验中将测试传感器通过测试定子引出,并尽可能减小测试定子对水洞流场的影响,确保螺旋桨水洞实验及相关测试结果的准确性,首先根据NACA翼型,在测试定子截面厚度一定的情况下,通过调整截面厚度比得到6种典型截面形式;然后,通过数值计算对比6种测试定子所产生的尾流分布以及尾流扰流情况,发现厚度比为30%的截面翼型尾流分布均匀,流场扰动缓和且范围最小,在此基础上,根据实际水洞的有限长度,选取厚度比为30%的截面翼型置于螺旋桨正前方0.6m处进行数值模拟,所得螺旋桨水动力结果与螺旋桨敞水试验对比吻合较好;最后,分析了各叶片的压力分布情况及不同进速下的推力和扭矩,结果表明:该测试定子对后方螺旋桨周围流场的影响可忽略,验证了所选用截面形式测试定子应用于螺旋桨水洞实验的可行性。     

确定螺旋桨直径切割量的图谱和方法

当螺旋桨要求的功率过高以至于轴转速达不到额定值时,可以采用切割螺旋桨叶梢的方法减小螺旋桨的负荷。本文提出了依据切割桨性能系列图谱确定螺旋桨直径切割量的方法,同时也提供了适用于高速船常规螺旋桨的系列图谱。按本文所述方法得到的计算结果与实船测试结果吻合良好。     

影响桨毂帽鳍助推效率的主要参数

为了分析影响毂帽鳍的水动力性能的各种因素,采用计算流体力学软件对粘性流场中毂帽鳍的敞水性能进行了计算研究,模拟了某型毂帽鳍在不同参数和不同进速系数下的效率变化曲线。通过对计算结果的对比分析可以得出:毂帽鳍的半径最好不要大于螺旋桨直径的1/3,否则会产生过大的反向推力,造成附加推力的下降;毂帽鳍要处于合适的安装角度范围内,才能使得它对螺旋桨的综合效率最大;轴向位置也存在一个最佳值,过大则桨对毂帽鳍的诱导速度会随之降低,而过小桨叶和鳍片之间的干扰会造成扰流,导致效率的下降。同时,从整个桨的静平衡和回收效率考虑,选定鳍叶数和桨叶数相同较为合适。     

导管螺旋桨敞水性能的预报和比较

借助于计算流体力学软件,对导管螺旋桨的敞水性能进行了数值模拟,得到了在不同网格模型和湍流模型下导管螺旋桨的正车敞水性能曲线,通过与试验图谱的对比分析,发现Wilcoxk-ω模型更适合于导管螺旋桨的敞水性能计算,并且采用结构化网格和非结构化网格相结合的计算方法能够满足导管螺旋桨敞水性能预报的工程精度要求。同时,当网格中存在少量高度倾斜的网格单元时,在不影响计算收敛的情况下,仍能将计算误差控制在10%以内。此外,如果要获得更为精确的计算结果,应提高网格质量,尽量使用结构化网格,并将近壁面网格加密,合理控制壁面附近的Y+值。虽然网格数量的增加并不总是意味着计算误差的减少,但合理控制网格细密度能够获得更为可信的计算结果。     

全附体多桨船模自航点数值求解方法研究

针对带附体的四桨双舵船模,采用结构化网格离散全附体模型表面,基于RANS方程求解了船桨舵耦合的复杂粘性流场,数值模拟了主船体阻力试验、螺旋桨敞水试验、全附体模型阻力试验和自航试验,建立了螺旋桨转速自动调节的模型自航点求解方法。该方法的计算结果与试验结果进行了比较分析,结果表明:全附体模型阻力误差小于3.8%,自航点转速误差小于4.3%。     

系泊工况下调距导管桨水力性能预报

在验证所用数值计算方法可信性基础上,采用CFX软件对某艏辅推调距导管桨设计螺距和系泊工况螺距的水动力性能进行了有效预报,并对系泊工况装船桨性能行了分析。结果表明:系泊工况下,由于导管桨的抽吸作用在导管外壁近壁面区域存在与导管内部流动方向相反的逆向流动,且小螺距角系泊工况时导管桨尾流场轴向速度梯度分布更不均匀,受叶片形状影响明显,此时桨叶与导管的推力之比约为1.2∶1;装船后,推进器受船体和支架伴流影响,与系泊工况敞水性能相比桨叶推力增大,力矩增大;收放支架阻力约为导管桨产生推力的10%。     

螺旋桨激励水下艇体振动的试验及数值研究

为考虑螺旋桨真实激励特性,在循环水槽中开展艇尾伴流场中螺旋桨诱导艇尾脉动压力及螺旋桨激励水下艇体振动响应的测量试验。试验结果表明:脉动压力幅值在叶频处最大,且随螺旋桨负载增加而增大,随与螺旋桨之间距离的增大而减小,四叶桨脉动压力在尾翼后的高伴流区幅值较大,五叶桨则在尾翼之间的低伴流区幅值较大；大部分测点的振动响应幅值随螺旋桨负载增加而增大,但也存在叶频处幅值较小和未随负载增加而增大的情况；五叶桨激励引起的侧向振动较四叶桨有所增强而轴向振动有所减弱；特定谱峰频率处振动响应幅值呈一阶弯曲振型,其频率范围与有限元计算结果较为一致。综合采用计算流体动力学、有限元和模态叠加法建立螺旋桨激励水下艇体振动响应的数值计算方法,通过计算与试验结果的对比发现,该方法的计算结果与试验结果吻合较好,相比于采用单位简谐激励的谐响应分析方法更加接近真实情况。     

低噪声螺旋桨的快速几何重构和水动力性能预报

采用基于涡格升力线理论的开源程序OpenProp对低噪声螺旋桨进行了几何重新设计和敞水性能曲线预报,分析了非均匀进流对敞水效率的影响,并对开源程序应用于螺旋桨几何重构和水动力性能预报上的精度由DTMB 4119标准桨给予了校验。结果表明:重构4119桨的敞水性能曲线与原桨实验值在大范围进速系数内吻合良好,重构低噪声桨的敞水性能曲线也与原桨模型试验测量值吻合一致,证明了该开源程序在普通桨以及低噪声桨几何重构和水动力性能快速预报上的适用性,可直接用于舰艇初始方案设计阶段的螺旋桨设计分析。     

基于FLUENT的调距桨敞水性能数值计算方法探究

以某调距桨为研究对象,基于FLUENT数值计算软件,对螺旋桨转速和网格Y+值对敞水性能计算结果的影响进行了探究,并对调距桨不同螺距的敞水曲线进行了计算。结果显示,在J=0.6～1.0时,转速越小,计算值与试验值误差越小,而在大进速系数和小进速系数下,高转速计算结果相对低转速计算结果更趋近于试验结果;网格Y+在160～400范围内,所得敞水性能与试验值符合较好;相同的网格不能满足调距桨不同螺距的计算精度,对于调距桨不同螺距的计算,应该分别进行探讨,从而确定最佳的计算方案。上述结果表明:所提方法对调距桨敞水性能计算中的网络和选取工作有一定的借鉴意义。     

喷气燃料润滑性研究

为了考察喷气燃料的润滑性能,同时兼顾其用做柴油的润滑性能,分别采用高频往复试验机和球柱润滑性评定仪考察了二聚酸抗磨剂对喷气燃料润滑性能的影响,并探讨了二聚酸抗磨剂与喷气燃料其他添加剂的配伍性能。试验结果表明:喷气燃料对二聚酸具有较好的感受性,二聚酸抗磨剂添加量为12μg/g时,即可满足喷气燃料对润滑性能的要求;添加量为80μg/g时,即可满足船用馏分燃料对润滑性能(磨痕直径小于520μm)的要求;添加量大于80μg/g时,即可满足车用柴油对润滑性能(磨痕直径小于460μm)的要求。二聚酸抗磨剂与抗静电剂、金属钝化剂和防冰剂具有较好的配伍性能。     

涵道螺旋桨气动特性数值模拟

以某涵道螺旋桨为研究对象,利用动量理论分析了孤立螺旋桨和涵道螺旋桨产生不同拉力的原因;同时利用SST k-ω湍流模型,采用三维Navier-Stokes方程,利用滑移网格模型,通过数值模拟分别计算了孤立螺旋桨与涵道螺旋桨的复杂流动,分析它们在不同转速下,拉力系数、功率系数和效率的差异。分析表明,加上涵道以后,有效抑制了螺旋桨桨尖涡,减少了能量损失。在相同转速下,总拉力系数增加23%,涵道螺旋桨的拉力系数与功率系数的比值比孤立螺旋桨的高出40%,效率显著提高,同时需用功率系数也略有增加,约0.05,结果与理论分析相吻合。     

螺旋桨定常/非定常水动力性能 CFD不确定度分析

为评估计算流体力学(CFD)方法预报螺旋桨定常及非定常水动力性能的可信度,分析了误差来源并提出改进措施,采用RANS方法并选用SST k-ω湍流模型选取三套网格和三种时间步长对DTMB 4119螺旋桨的定常及非定常水动力性能进行了数值计算,并对计算结果进行了验证与确认。不确定度分析结果表明:螺旋桨定常水动力性能在设计及低进速系数时得到确认,高进速系数时未得到确认;可采用加密网格的方式降低数值不确定度,从而将评估模型误差用于改进计算模型;非定常水动力性能修正后的数值不确定度小于1%,可在2%～3%的水平上得到确认,能够满足其计算精度要求。     

铜桨和碳纤维桨的单/双向流固耦合对比

使用ANSYS Workbench平台中ACP模块对铜桨和碳纤维桨进行了建模和单/双向流固耦合对比研究。双向流固耦合计算考虑了流体和固体的相互影响,使铜桨和碳纤维桨的敞水性能比单向流固耦合计算值更接近于试验值。碳纤维桨的变形和应力在各种工况下均比铜桨大,二者的双向流固耦合变形和应力均比单向流固耦合时小,且碳纤维桨的减小量更多,说明碳纤维桨的弹性使其更易受水动力载荷的影响,流固耦合现象更明显。     

螺旋桨缠绕物切割装置对螺旋桨水动力性能影响

将螺旋桨缠绕物切割装置与螺旋桨作为组合推进器,并运用基于RANS方程的多参考系模型计算了加装切割装置对螺旋桨水动力性能的影响。计算结果表明,加装的切割装置对螺旋桨的敞水性能影响较小,在±2%左右;切割装置对螺旋桨叶面压力的影响在半径较小的叶切面上比半径较大的叶切面上明显;各叶切面上导边受到的影响最大。从总体上看,增加切割装置不足以对螺旋桨的空泡性能和噪声性能造成明显的影响。     

舰船推进系统液力偶合器滑差变化规律分析

研究了将液力偶合器滑差特性用于舰船推进系统稳态特性分析和机-桨联控曲线设计,由此发现滑差变化规律.分析了两种正常工况和五种应急工况下的"船-桨-机"匹配稳态特性以及用液力偶合器滑差所做的主机负载判别.有关滑差的主要研究结果有:按螺旋桨特性工作时,液力偶合器滑差的大小既取决于船体阻力特性(它决定了螺旋桨负载特性),又受液力偶合器自身的"效率-转速"相关性(运转特性)的影响.     

弹性螺旋桨的轴向非定常力分析

为研究螺旋桨的水弹性流固耦合非定常振动特性,首先通过金属桨敞水性能验证了瞬态双向流固耦合方法的可靠性;然后,以玻璃纤维为参考材料,通过改变材料参数得到不同材料的弹性螺旋桨,并采用瞬态双向流固耦合方法对伴流场中不同弹性螺旋桨进行数值计算,得到了轴向非定常力和变形的时域值;最后,通过傅里叶变换得到不同材料-阶叶频处脉动幅值;结果表明:通过对杨氏模量和刚度阻尼的调整,可以降低螺旋桨流固耦合非定常力脉动幅值。     

咨询园地

Q陕西读者马松明问可调螺距螺旋桨是如何调节螺距的?与定距螺旋桨相比有什么特点? 可调螺距螺旋桨的桨叶不固定在桨毂上,围绕垂直于桨轴的轴线转动。利用桨毂内的操纵机构转动桨叶,改变螺距角,从而改变推力的大小和方向,以适应舰艇前进、后退、停止和变速等要求。可调螺距螺旋桨可在不同航行工况下充分利用主机的功率和转速,利用无级变速,但构造复杂,造价高,维修难度大。定距螺旋桨结构简单,经济安全,但不能在多种工况下充分发挥主机的功率。Q吉林读者李佰霖问俄罗斯的V-3潜艇后方的导流罩及其内部的设备起什么作用? 俄罗斯海军V-3型核潜艇尾部垂直稳定翼上方的流线型导流罩及其内部设备,曾经是20世纪70-80年代的世界军事之谜。当时正是冷战的严峻时期,以美苏为首的两大阵营双方严阵以待,双方军事技术处于高度的保     

易变形船舶螺旋桨流固耦合特性分析

应用双向流固耦合方法,研究了桨叶变形对螺旋桨桨叶表面压力、周围流场及敞水性能的影响,分析了438X系列螺旋桨变形前、后桨叶表面的压力分布以及螺旋桨周围流场的变化,对比了桨叶变形前后的螺旋桨推力系数和扭矩系数。结果表明:桨叶的变形改变了桨叶表面的压力分布并引起螺旋桨周围流场的变化,桨叶变形前、后的推力系数最大相差9.3%,扭矩系数最大相差8.1%,桨叶变形引起的螺旋桨敞水性能的改变不可忽略,不同几何形状螺旋桨变形前、后敞水性能的变化也不尽相同。该研究结果可为新型易变形材料螺旋桨的性能预测、设计提供指导。     

电化学极化状态对潜艇螺旋桨扰动电场模型的影响

潜艇服役期间涂层性能退变影响潜艇电场分布,以材料电化学极化状态为边界条件,应用边界元法建立潜艇涂层性能下降、涂层渗透腐蚀、涂层局部破损极化三种潜艇腐蚀静电场模型,从时域和频域特征对螺旋桨扰动电场模型进行分析。研究结果表明：电化学极化状态对螺旋桨扰动电场的电位信号特征及电场谐波频段影响显著。恒电位、线性极化、非线性极化三种边界条件下,螺旋桨以相同频率旋转扰动静电场时,各模型的频率成分占比差异明显。非线性边界条件下的扰动频率和2倍扰动频占比相差最大,线性边界条件下的扰动频率和2倍扰动频占比相差最小。三种边界条件下电场模型的3倍扰动频以上的谐波范围会发生改变,恒电位边界下模型谐波范围最小,非线性边界条件下谐波范围最大。