涵道风扇外形参数对气动特性的影响

以某涵道风扇为原型,从理论上分析涵道扩张角对涵道风扇气动特性的影响。运用滑移网格模型,采用三维不可压黏性Navier-Stokes控制方程,利用SST k-ω湍流模型,计算两叶桨气动特性,并与试验结果对比,验证该方法的可行性。分别计算涵道风扇在悬停状态下,3000~8500 r/min转速范围内,涵道唇口外形、扩张角和涵道高度对气动特性的影响,并对流场进行分析。椭圆形唇口的涵道风扇总拉力系数小,气动效率低;当涵道扩张角在8.2°附近时,功率系数相对最小,随着扩张角增大,在桨盘下方靠近涵道壁面附近出现气流分离;涵道拉力系数对涵道风扇高度的变化敏感度低,随着高度增加功率系数略有下降。     

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。     

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。     

喷水推进器功率特性与航速相关性研究

通过对某船喷水推进系统的分析,研究了喷水推进器的功率特性(功率与转速的关系)与航速的关系.先由喷水推进动力学方程引出喷水推进器功率特性在喷水推进系统稳态特性和动态性能研究中的作用,然后分析了KaMeWa71SⅡ喷水推进器的转速特性,将转速特性变换成力矩特性后,分析了该力矩特性,并将其与螺旋桨相应特性作了对比.根据转速特性获得的3个不同航速下的喷水推进器功率与转速的关系曲线,分析了航速对功率特性的影响,同时也将其与螺旋桨的相应特性曲线作了对比.研究所得出的结论是:喷水推进器的功率特性不是唯一的,装船之后它的功率特性受航速影响,但这个影响不像螺旋桨那么显著.据此推得,喷水推进系统在“船—泵—机”的匹配设计以及实际使用中,主机一般不会超负荷.     

基于 CFD 方法的螺旋桨水动力性能预报

运用计算流体力学软件对粘性流场中敞水螺旋桨的水动力性能进行了计算研究,模拟了某型螺旋桨在不同进速系数下的推力系数、转矩系数、螺旋桨表面压力分布以及螺旋桨后尾流场情况等.在数学建模的过程中,利用 FORTRAN 语言编制了计算螺旋桨型值点的程序,然后把计算值导入 Fluent 的前处理器 Gam-bit 进行建模,并采用样条曲线去拟合各个型值点,从而建立了光滑的三维螺旋桨表面外形.介绍了利用Fluent软件在螺旋桨敞水性能计算中的计算流程,以某一标准螺旋桨作为研究对象,给出了敞水性能曲线的计算结果,并与试验测量值作了比较.由对结果的比较分析可知,基于 CFD 方法可以形象、真实地获知螺旋桨表面的压力以及尾部流场的分布情况,并且数值仿真结果可以满足工程应用.     

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。     

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。     

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。     

基于旋转点电荷模型的舰船腐蚀电场

为了找出轴频电场无法彻底消除及实际测量中静电场产生波动曲线问题的原因,基于旋转点电荷的建模方法对舰船腐蚀电场进行研究。利用汉克尔变换对点电荷在三层介质中产生的电场进行近似求解,得出一定转速下感应电场随时间、螺旋桨半径及水面距离变化的规律曲线图,并通过实验验证了理论结果的正确性。结果表明:螺旋桨旋转产生的感应电场是构成舰船腐蚀电场的一部分,一定转速下的感应电场频率与螺旋桨转动频率一致,并会随着螺旋桨半径及与水面距离的增加而减小。     

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。     

层流条件下传质过程对舰船电场的影响

为了使直流电流元模型仿真结果更加接近实际情况,首先建立了螺旋桨圆盘等效模型;然后,结合电化学及流体力学相关理论,从流动腐蚀角度对舰船在海水中的腐蚀电流密度进行分析,并基于Navier-Stokes方程得出了圆盘表面氧气的传质过程控制下的极限腐蚀电流强度,建立了腐蚀电流元模型求解三层介质中的静电场;最后,进行了实验验证。结果表明:螺旋桨转速的增加会导致静电场幅值增加,且电场幅值的变化与测量点及船壳破损的位置有关,实际腐蚀过程中边缘效应的影响不可忽略。     

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。     

非均匀湍流场中螺旋桨噪声研究

针对螺旋桨在湍流中的非定常噪声问题，在均匀湍流下螺旋桨宽频噪声相关性法的基础上，推导了非均匀湍流下螺旋桨宽频噪声的公式。在均匀湍流的研究中使用了十桨叶螺旋桨模型，并将计算结果与试验数据进行了对比，发现吻合较好。对于非均匀湍流中的问题，研究发现湍流的不均匀程度不会对宽频谱波峰的位置产生影响，噪声谱波峰的位置仍然取决于叶频，湍流的不均匀程度只会改变叶频处的波峰高度。最后研究了均匀湍流和非均匀湍流中侧斜角对螺旋桨噪声的影响，发现桨叶侧斜角的存在会降低螺旋桨在湍流中受到的宽频噪声。     

潜艇内置推进系统水动力设计

为提高潜艇推进效率,降低潜艇阻力和噪声,提出了一种潜艇内王推进系统及其结构布局,初步建立了内置推进系统的理论分析方法和设计思路.对推进系统的管道进行了参数化设计,并借助计算流体力学软件,用体积力代替螺旋桨产生的力场,对不同管道参数下的潜艇周围及管道内部的流场进行了数值模拟,结果表明:增大管道的进口面积可以减小管道阻力,...     

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%。     

潜艇螺旋桨区域腐蚀电场模型特征及奇异峰成因分析

针对边界元法推算潜艇腐蚀电场分布时边界条件影响电场信号特征,导致螺旋桨区域产生奇异峰现象的问题,以实测船用921合金钢和镍青铜螺旋桨材料极化曲线作为建模边界条件,重点对比分析了恒电位和非线性边界条件下的电场特征,并通过建立阻抗谱参数下的船壳-螺旋桨电化学阻抗等效电路,分析了潜艇腐蚀电场螺旋桨区域产生奇异峰的原因。仿真结果表明:潜艇电场特征分布及螺旋桨区域奇异峰现象与船体材料电化学极化状态有关,合理设定非线性极化边界参数可达到削弱奇异峰现象、平滑腐蚀电场模型的效果。     

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     

基于模型试验的螺旋桨空泡噪声计算

采用模型试验结合数据回归的方法对螺旋桨空泡噪声进行预报。首先采用两种不同的回归方法对空泡噪声进行预报,然后同大型循环水槽模型试验结果进行比较,对结果进行分析,得到两种回归方法的使用范围。同时,也验证了这一航速对螺旋桨空泡噪声的影响规律。     

异机异浆动力装置使用方案的探讨

(一)我海军自建造55甲型护卫艇以来,开始使用不同的主机(前主机为轻12-180型,后主机为12V-150型)与不同的螺旋桨配合。后来我们又大批生产了62型高速护卫艇。这种类型的动力装置我们称之为异机异桨动力装置。异机异桨动力装置,由于主机的功率和转速都不相等,它的螺旋桨按照满足最大功率时,各主机均能发出其最大功率进行设计。在低航速航行时,各主机应开多少转速,这一直是各部队十分关心而没有很好解决的问题。76年福建基地装技部为制订62丁型护卫艇艇体和机电设备使用保养条例,提出了解决62丁型护卫艇前后主机的配速方案问     

用面元法预报吊舱推进器水动力性能

面元法的各个环节有不同的数值处理方法,不同的方法计算结果有所不同,通过对各种方法的计算结果进行比较,得到适合螺旋桨计算的数值处理方法。用面元法对吊舱螺旋桨的水动力性能进行了计算,得到了吊舱推进器的敞水曲线和轴承力。