喷水推进高速三体滑行艇数值自航研究

为了验证计算流体力学(CFD)方法预报滑行艇自由液面粘性流场的精确度,判断为某三体滑行艇设计的喷水推进器能否满足快速性要求,采用CFD方法对某喷水推进高速(1Fr_L1.8)三体滑行艇进行两相流的数值自航,并与试验值比较。运用切割体网格技术并基于RANS VOF求解,首先计算了五个不同速度下的裸艇阻力。结果表明:阻力系数最大误差8.3%,最小误差0.5%,达到了较好的计算精度;采用等推力系数法,在模型尺度下进行"滑行艇+喷泵"的数值自航,将结果推算到实尺度艇,结果表明该喷泵可以达到设计航速;高速航行时推力减额为负的主要原因是艇首尾压差阻力的显著降低。计算结果显示,考虑自由液面时滑行艇底部会出现不合理的水气分布,这影响到滑行艇的阻力性能和喷泵的推进性能,通过局部网格加密可以显著减少艇底非正常水气分布,但艇底气水层难以完全消除,这可能是CFD方法预报滑行艇阻力精度难以控制的原因之一。     

喷水推进器空化监测技术研究

由于喷水推进船良好的快速性、机动性、高效率和低噪声,喷水推进技术在现代舰船上的应用越来越广泛.但喷水推进器在运行过程中容易进入空化区,影响其推进性能和使用寿命.建立空化监测系统是目前解决这一问题最有效的方法.喷水推进器的空化特性同螺旋桨的有较大差异,目前尚未进行深入的研究.本文分析了喷水推进器的空化特性,阐述了其空化监测的机理,建立了空化监测系统,对喷水推进器空化监测技术进行了研究.空化监测的关键在于选择合适的空化监测参数,选取适当的测量位置,以及采用有效的信号分析处理方法来进行空化特征的提取.     

喷水推进混流泵流体动力性能的CFD研究

采用CFD方法研究KaMeWa公司的某型喷水推进混流泵的流体动力性能,并分析其内部流场特性。通过几何建模,将泵划分为进口、叶轮、导叶体和喷口四部分。分别采用结构化网格离散计算区域。应用k-ε和k-ω相结合的SST湍流模型封闭控制方程,采用全隐式多区域网格耦合求解。预报其功率、扬程、效率等特性,将泵功率的计算结果与该泵厂家试验数据进行比较,误差在2%以内。说明本研究采用的CFD方法预报该泵的流体动力性能真实可信。根据计算结果,对内流场的流线和叶片表面的压力分布做了详细分析。     

大侧斜螺旋桨桨叶应力分析

采用求解RANS方程的方法对某大侧斜螺旋桨敞水流场进行模拟,计算得到的推力系数与力矩系数与试验值有很好的一致性.在此基础上,将计算得到的桨叶水动力载荷、离心力载荷和重力载荷导入有限元模型,求解大侧斜螺旋桨桨叶应力场分布.根据应力场分布特点,可知:桨叶除叶根有应力集中区域外,0.5倍半径靠近随边处还存在应力集中区域;在0.5倍半径桨叶切面处,桨叶压力面应力从导边至随边递增,桨叶吸力面应力从导边至随边存在波动.     

多源激励谱反演振荡研究

多源激励谱反演属于逆问题范畴,反演解在系统共振频率及低频段会出现振荡.文章以数值仿真与理论相结合的方法,开展了矩形板四种方案的虚拟实验来研究多源激励谱反演振荡问题.首先进行了板的模态分析和响应分析,数值解与理论解吻合良好,验证了方法的可行性.然后分别以直接法、截断奇异值分解法(TSVD)、Tikhonov正则法对板的多源激励谱进行反演.结果表明:(1)多源激励谱反演时,保证响应点数量大于激励点数量可有效抑制反演解在共振频率处的振荡;(2)采用TSVD法、Tikhonov正则法可有效抑制反演解的低频振荡.最后,用反演的激励谱重构接收点的响应谱,重构解与理想值吻合较好,验证了虚拟实验及方法的可信性.     

船舶航速优化原理研究

恒速航行原理是船舶航行节能的一个重要规律。将船舶航速的优化抽象为对目标函数求极值的数学问题,分别建立离散、连续时间模型,分析讨论了固定时间端点与滑动时间端点不同边界条件对模型求解的影响。结果表明,恒速航行船舶总耗功最小;优化航速不仅与航行要求如规定的路程、时间有关,还与推进功率系数及辅助功率有关。研究方法可为船舶航行降低功耗以及制定航行计划提供参考。     

柴燃联合动力装置单机失效工况下的紧急倒车过程仿真

建立在Simulink平台下的某型柴燃联合动力装置仿真系统,提出该型推进系统单机失效工况下利用"柴油机+燃气轮机"联合推进.对该种应急推进方式的紧急倒车过程进行了设计和仿真计算,仿真结果表明,设计的紧急倒车控制方法可使舰船在单机失效工况下具有较好的倒车性能.     

混流泵叶轮轴面流道设计及轴面速度场的求解

基于Ωu=0的二元理论,用Matlab编程实现轴面速度场求解。采用五点四次Bezier曲线绘制混流泵叶轮的轮缘、轮毂轴面流线。轴面流道的进出口边取为垂直于旋转轴线的直线,采用等分进出口边间隔的方法划分准正交线,最后采用等分准正交线绕旋转轴一周所得圆环面积的方法获得了初始轴面流线。采用流线迭代法求解轴面流线,引入松弛因子T,有效地保证了计算的收敛。该方法可提高轴面流道的设计效率,较为精确地求解轴面速度场,为叶轮叶片的快速准确绘型奠定技术基础。     

阻尼对浮筏隔振性能的影响研究

以船用浮筏为研究对象,根据浮筏有限元分析时阻尼矩阵的形成机理,计算分析不同阻尼对浮筏隔振性能的影响。结果表明,隔振器阻尼在低频段能提高浮筏的隔振效果,在中高频段则对隔振效果起负面作用;材料阻尼在低频段起负面作用;瑞利阻尼和恒定阻尼比能改善隔振效果,并且在中高频段影响更为显著,此外,恒定阻尼比能够抑制振级峰值,使振级曲线更为光顺。