对转舵桨水动力性能理论分析

为了对对转舵桨水动力性能进行计算分析,文章采用低阶速度势面元法建立了对转舵桨水动力性能理论迭代预报模型。对转舵桨的前桨、后桨和吊舱单元之间的相互扰动通过诱导速度来考虑,诱导速度由面元法计算获得。为了对对转舵桨性能进行对比分析,文中采用同样的预报模型对相应常规单桨水动力性能进行了计算,该单桨与对转舵桨在设计工况下能够提供相同的推力。实例计算结果表明,在提供相同推力的条件下,对转舵桨相对单桨收到功率可降低8.03%。与单桨相比,对转舵桨尾流周向诱导速度明显减小,其尾流旋转能量得到有效回收。     

基于速度势迭代的面元法预报对转桨性能

采用基于诱导速度势迭代的面元法预报对转桨的定常水动力性能,在计算中,前桨和后桨的相互干扰通过影响系数实现;前桨尾涡面距后桨表面太近时的异变影响系数通过Lagrange插值求出。同时采用基于诱导速度迭代的面元法预报对转桨水动力性能,并与基于诱导速度势法进行对比,计算结果表明,采用诱导速度势迭代的方法计算的结果与试验值吻合良好。与基于诱导速度迭代的方法相比,计算结果精确,且可以节省计算时间。     

桨后自由叶轮理论设计方法研究

为对桨后自由叶轮进行综合设计研究,在前桨给定的前提下,采用螺旋桨的旋涡理论对桨后自由叶轮进行设计。前桨和自由叶轮之间的相互影响通过诱导速度来考虑,诱导速度通过以速度势为基础、采用源汇混合分布以及双曲面元的低阶面元法求得并进行周向平均,将非定常问题转化为定常问题。在实际设计过程中,通过面元法对前桨尾流场进行分析来求其收缩率,从而确定自由叶轮涡轮段直径,并用面元法分别对前桨和自由叶轮进行水动力性能预报,循环迭代直至桨后自由叶轮系统水动力性能收敛。实例设计分析表明:在较低进速条件下,设计的自由叶轮可获得较高的效益,效率最高可提升14.42%。     

对转桨适伴流设计方法研究

为了实现节能的目标,提出了一种高效对转桨适伴流设计方法。首先,通过船模试验获取某集装箱船船后桨盘面处的标称伴流,对应的实船伴流则通过ITTC提供的经验公式换算获得。采用螺旋桨环流理论分别对前桨和后桨进行实桨适伴流设计,前后桨之间的相互影响通过诱导速度来考虑,且诱导速度作为伴流的一部分,采用面元法进行非定常水动力性能预报。通过实例设计分析可知:在设计进速条件下,该方法设计的对转桨同设计的单桨相比效率可提高12.09%。     

对转桨定常面元法水动力性能预估

提供了一个计算对转桨的基于速度势的定常面元法,前桨和后桨之间的相互干扰是通过二者的诱导速度场周向平均化后迭代实施的.采用了一个简化的螺旋桨尾涡模型,来模拟前桨和后桨尾涡片的扭曲变形.算例计算结果表明,该方法可以有效地应用于对转桨定常水动力性能的预估.     

对转桨水动力性能预报及影响参数分析

论文采用混合面模型(MPM)和滑移网格模型(SMM)两种不同方法预报对转桨水动力性能,通过与试验结果对比,两种方法都能比较好地预报对转桨的水动力性能,但是SMM方法的预报精度要比MPM方法高;然后,针对滑移网格模型(SMM),研究对转桨水动力性能计算的影响参数,包括网格数目、时间步长、计算时间。结果显示网格数目和计算时间达到一定值以后,对于计算结果几乎没有影响。时间步长越小,预报的结果与试验结果越接近。     

螺旋桨-舵-舵球推进组合体水动力性能的计算与仿真研究

建立了螺旋桨-舵-舵球推进组合体水动力性能的计算机仿真系统.系统研究了螺旋桨-舵-舵球推进组合体水动力性能的计算方法,建立了相关的仿真数学模型.模型中螺旋桨的水动力性能采用升力面理论涡格法计算,桨毂的影响采用Hess-Smith面元法计算.将舵及舵球的诱导速度作为对桨及桨毂进流的修正,以考查舵及舵球的影响.舵与舵球水动力的计算采用以速度势定义的面元法.在此基础上,进行系统功能设计,编制了计算机仿真系统.应用此软件设计了四种舵球方案,并进行了相应方案螺旋桨的定常水动力性能的计算对比分析.仿真计算表明,设计的舵球方案可有效地提高螺旋桨的水动力性能.其中不对称型舵球方案在实船对比测试中获得了节能5.1%,提高主机功率储备5%以上的效果.     

RANS方法预报对转桨定常敞水性能研究

以时均化的雷诺方程结合标准k-ε湍流模式作为控制方程,采用混合面模型(MP)将对转桨非定常问题简化为定常,建立对转桨敞水性能数值模拟方法.开展了两对水下高速航行体用对转桨的敞水性能数值模拟,与试验结果及MRF模型预报结果进行了对比分析,结果表明:两种数值模拟方法均能可靠地预报对转桨的敞水性能,预报精度满足工程应用需要.     

基于GA-BP神经网络的螺旋桨水动力性能预报方法

为了快速预报螺旋桨水动力性能，提出一种遗传算法优化BP神经网络（GA-BP）的螺旋桨水动力性能快速预测方法。采用计算流体力学（CFD）方法，使用FLUENT软件对P4119螺旋桨水动力性能进行仿真计算，结果表明CFD方法可替代敞水试验获取螺旋桨水动力性能。采用CFD方法计算100组不同系列螺旋桨的水动力性能，建立GA-BP神经网络螺旋桨水动力性能预测模型，以计算所得的100组数据为模型的学习样本，选择其中的80%为训练集，10%为验证集，10%为测试集，对比分析传统BP神经网络和GA-BP神经网络模型的预测效果。结果表明，GA-BP神经网络预测结果预测精度更高，能够满足快速预测螺旋桨水动力性能的要求。     

基于MRF模型的对转桨敞水性能数值模拟方法探讨

基于RANS方程和k-ε湍流模型,建立了用多参考系模型(MRF)处理前后桨相互干扰的对转桨敞水性能数值模拟方法.开展了两对水下高速航行体用对转桨的敞水性能模拟,与试验结果进行了对比,并研究了不同的前后桨相位差对定常性能模拟的影响,结果表明:文中建立的数值模拟方法能可靠地预报对转桨的敞水性能,可作为对转桨设计的工程应用工具.     

对转螺旋桨升力面设计方法

本文针对对转螺旋桨这类组合式推进器的设计问题,采用了升力面设计方法进行设计,在设计过程中通过前后桨的相互迭代求出彼此间的诱导速度,以此来考虑它们之间的相互作用,并采用此方法作了一对对转螺旋桨的设计,同时应用面元法进行了水动力预报。     

吊舱式CRP推进系统理论设计研究

采用螺旋桨旋涡理论和低阶速度势面元法对吊舱式CRP进行适伴流设计。在吊舱给定的前提下对前后桨进行升力线设计和升力面修正,吊舱与前后桨之间的相互影响通过诱导速度来考虑,且诱导速度作为伴流的一部分,并采用面元法进行非定常水动力性能预报。通过实例设计分析可知:在设计进速条件下,采用该方法设计的吊舱式CRP系统与设计的单桨相比,其效率可提高8.533%,设计吊舱式CRP尾流周向诱导速度明显小于单桨时的速度。     

反应舵在螺旋桨尾流中的水动力性能

本文对反应舵在螺旋桨尾流中的水动力性能及桨舵干扰进行了研究。舵的水动力及周围流场用面元法计算，螺旋桨性能用无限叶数的简易螺旋桨理论预估。桨舵干扰作用以迭代方法求得。采用面元法计算反应舵的性能，可以更精确地反映较复杂的反应舵表面形状对水动力性能的影响。通过计算得到的舵表面压力分布可看出反应舵节能的原因。本文还对反应舵的操纵性能进行了计算和研讨。     

采用带梢隙涡模型的面元法预报泵喷水动力性能

为了预报泵喷推进器水动力性能,采用面元法建立了定常水动力干扰模型,将泵喷分为转子-桨毂和定子-导管两个系统,系统间的干扰通过诱导速度进行考虑。针对定转子的几何外形,提出了基于圆台面的叶片网格划分方法;并根据泵喷内部流动的真实情况,提出了适用于平顶式叶片的梢隙涡模型。通过从压力、环量以及推进性能等方面的结果对比,发现当泵喷考虑梢涡的影响时,转子叶片的整体环量分布以及梢部载荷更接近实际情况,性能曲线与粘流结果吻合良好,表明该方法可以有效地预报泵喷推进器定常水动力性能。     

对转桨非定常性能的CFD模拟

作为对转桨性能CFD计算研究的一部分,文章基于滑移网格模型,建立了前、后桨非定常相互作用的数值模拟方法,对两型具有不同叶数组合的对转桨进行了敞水条件的计算研究,将非定常推力、扭矩的时间平均值与相应的模型试验值进行了对比。通过非定常滑移面模型与定常多参考系模型(准定常模型)的计算结果之比较,研究了前、后桨相互作用非定常性对水动力的影响,发现:由于考虑了前桨尾涡对后桨桨叶的撞击作用,非定常模型能够比准定常模型更加精确地预报推力及扭矩的时间平均值及脉动量幅值。     

导管调距桨的定常性能预估

本文建立了一个预估导管可调螺距螺旋桨水动力性能的数值计算方法，即螺旋浆用升力面理论、导管采用面元法，通过迭代计算考虑浆和导管的相互影响。引入了一个修正的螺旋浆尾涡模型，来模拟尾涡片的扭曲变形及分离现象，对导管桨性能预估的各种影响因素分析了系统研究，并考虑了桨毂对性能的影响。对JD简易导管桨和导管调距桨（JD7704导管＋JDC三叶可调螺距螺旋浆）分别进行了计算，并与实验结果进行了比较。结果表明，本文所建立的方法可较好地预估导管桨的水性能，精度比以往有较大的提高。     

基于CFD的对转螺旋桨水动力性能分析

基于雷诺平均纳维—斯托克斯(RANS)法,利用SolidWorks和Ansys分别进行螺旋桨建模和水动力计算。在3种不同的湍流模型下分别计算螺旋桨的敞水性能,结果表明SST k-ω模型与试验值贴合较好,为最佳湍流模型。通过对对转桨的桨距比和直径比的研究,得到两者的最优值,在该情况下对转桨的敞水效率最高,并通过尾流分析做了验证。为了比较对转桨与等效单桨的水动力性能,建立了等效单桨模型,在相同的功率系数下做比较,结果表明对转桨在效率提升方面具有明显优势。     

桨舵组合式节能推进器设计及水动力性能验证

为减小螺旋桨尾流能量耗散,提高桨舵系统的推进效率,开展桨舵组合式推进器设计研究。首先,基于适伴流设计思想结合面元法编制最大阻力减额的扭曲舵设计程序,获得桨后舵不同展向位置的扭曲角度,并通过与一前端削平的舵球及桨毂光顺连接形成桨舵组合式推进器的设计方案。然后,采用数值仿真分析获得均匀流场中桨舵组合式推进器的水动力性能、压力分布与流场特性等细节,初步验证设计方案的合理性。最后,开展船后桨舵组合式推进器的水动力性能试验,获得不同航速下螺旋桨和舵的水动力性能。试验结果表明,桨舵组合式推进器较原型桨舵推进器的效率在全航速段均有一定程度的提升,在设计工况点提升值达2.7%,证明设计方法正确,设计方案合理可行。     

导管螺旋桨定常性能预估的基于速度势的面元法

开发了一个导管螺旋桨定常水动力性能预报的数值计算方法,其中,螺旋桨和导管均采用定常面元法,通过迭代计算考虑桨和导管的相互影响.该方法也可用于导管调距桨在不同转角时的定常性能预估.对JD7704和19a导管螺旋桨以及JD导管调距桨的计算结果表明,该方法计算精度是令人满意的.     

基于势流理论的船舶操纵水动力分析

以船舶操纵水动力预报为研究背景,以无界流场势流理论为基础,采用边界元法,对目标Wigly船在斜航运动状态下的流场速度和转首力矩进行计算。分析了斜航时船舶周围流场的分布规律,研究了转首力矩随船舶漂角的变化规律。结果表明,该研究对预报斜航时船舶的运动规律具有较好的应用前景。