理论和数值方法预报的船舶姿态改变对螺旋桨非定常轴承力的影响

对船舶两种不同姿态下的螺旋桨非定常轴承力进行预报,并对其谐调分量进行研究.在此基础上,研究船舶姿态改变对螺旋桨非定常轴承力的影响.结果表明:船舶姿态改变(纵倾和吃水增加)时,桨盘面伴流分布的低阶分量的幅值均相应增加,从而使螺旋桨三向轴承力的谐调分量的幅值均有不同程度的增加,其中,横向力幅值的增加明显.此外,研究证明:拟定常方法可以较准确地预报船舶不同姿态下螺旋桨的非定常激振力以及姿态改变造成的螺旋桨激振力的变化;将船和桨分开模拟的方法也可以准确地预报船舶不同姿态下螺旋桨的非定常激振力.     

非均匀湍流中螺旋桨激振力宽频谱研究

针对螺旋桨在湍流中的非定常激振力问题,提出了改进的相关性法,即在相关性法基础上,通过考虑螺旋桨抽吸作用导致的湍流涡拉伸变形的影响,引入3个方向的拉伸系数,推导出均匀和非均匀湍流中螺旋桨激振力宽频公式。研究结果表明:对于均匀湍流,使用10桨叶螺旋桨模型,采用改进的相关性法能较好地预报螺旋桨激振力宽频谱,特别是在叶频处与试验结果吻合较好;对于非均匀湍流,安置在螺旋桨前的导流片不会影响激振力宽频谱波峰的位置,该位置取决于叶频的大小。     

船模伴流场的测量及伴流性质的评定

本文系上海交通大学船舶流体力学研究室关于船尾流场及螺旋桨激振研究课题的第一部分,主要介绍船模件流场的测量仪器、测试方法,从螺旋桨激振角度对伴流场性质的评价。此外,还给出了两艘船模伴流的测量及分析实例。     

RANS方法预报对转桨非定常水动力性能研究

对转螺旋桨的非定常激振力直接影响着对转桨的噪声性能及振动特性,准确预报对转桨的非定常性能可以更好地为对转桨设计工作服务。基于计算流体力学(CFD)中雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)方法,对对转桨非定常水动力性能预报方法进行研究。通过对前后桨区域及交界面处网格精细划分,结合滑移网格特点,考虑每一时间步内旋转角度的对应性,进行合理的计算设置,提高对转桨的非定常性能预报精度。进行了2对对转桨方案的非定常水动力性能数值模拟,与试验数据的比较分析验证了预报方法的准确性和可行性。     

螺旋桨适伴流理论设计及参数优化设计

螺旋桨运转于舰艇艉后不均匀流场中,不均匀的流场对螺旋桨的空泡、噪声、振动以及水动力性能产生重要影响。而船舶螺旋桨适伴流理论设计及参数优化设计的目的就是在精确预报船舶艉后伴流场的条件下,合理地设计螺旋桨,使设计桨适合于所在伴流场下的运转。将伴流谐调分析法、螺旋桨侧斜及纵倾选择原则、升力线程序、升力面程序和非定常面元法程序、螺旋桨参数优化设计程序相结合,建立了螺旋桨适伴流理论设计及参数优化设计的系统,对大侧斜螺旋桨(highly skewed propeller, HSP)再设计为例,验证该系统的有效性。该系统为实现对潜艇螺旋桨的量身定制提供了理论支持。     

基于体积力法的船体自航性能数值预报

为实现船舶自航性能的快速预报,应用计算流体力学（CFD）方法,采用一种便捷的描述型体积力模型替代螺旋桨的作用,分别在无舵实船自航点和有舵模型自航点2种条件下对MOERI(Korea Research Institute for Ships and Ocean Engineering)集装箱船(KCS)的黏性自由面流场进行了数值模拟.依据等推力法、敞水计算和螺旋桨敞水曲线等,计算船体自航性能相关参数.计算结果与试验结果吻合良好.研究结果表明,使用描述型体积力法可以便捷而较为准确地预报船体自航性能.     

船用螺旋桨流固耦合振动特性分析

在船舶航行中,应避免激振力的频率与螺旋桨叶片固有频率接近而产生的共振,达到避振效果.分别使用直接耦合数值计算和瞬态激励实验方法,研究了某实桨叶片在空气中和浸入静水域中的固有流固耦合(FSI)振动特性.结果表明:数值计算与实验结果吻合较好;直接耦合法具有精度高和收敛性好的优点.根据工程实际要求,提出了螺旋桨叶片首阶振动频率的经验公式,估算精度满足要求,具有节省时间、提高效率的优点.     

连铸坯液固相分数检测及液芯末端位置定位新方法

为了准确测量二冷区内铸坯的液固相分数,精确预报铸坯的凝固终点,在理论解析、物理模拟和实验验证研究的基础上,提出了振动法检测连铸坯液固相分数和液芯末端位置的新方法,总结了激振力和受迫振动位移等信号的反馈规律,比较了振频和激振力对相位差的影响,并对检测方案总体思路的可行性进行了论证.研究结果为板坯凝固过程中液固相分数及凝固终点的在线检测提供了指导和参考.     

基于实测响应反推标定非接触磁场激振器激振力

为了拓宽非接触磁场激振器的使用范围,急需对该激振器作用在结构件上激振力的大小进行标定.以悬臂梁试件为例,提出一种基于实测结构件响应以及采用优化技术来标定非接触磁场激振器激振力的方法.首先,给出了非接触磁场激振力的标定原理及方法,即通过迭代计算最小化实测与有限元分析获得的悬臂梁振动响应偏差来反推确定激振力幅.然后,简要描述基于ANSYS软件创建悬臂梁有限元模型及求解振动响应的方法.接着,给出了利用ANSYS软件的优化模块来实现相关激振力幅反推标定的迭代求解过程.最后,针对一款非接触磁场激振器,利用所描述的方法对该激振器激振力幅进行了标定,获得了相关标定曲线以及电压与激振力幅之间的函数关系,展示了所提出方法的有效性.     

基于OpenFOAM的螺旋桨紧急倒车工况数值模拟

螺旋桨在紧急倒车工况下的水动力特性与船舶的紧急制动能力密切相关并直接影响船舶的航行安全性.基于开源计算流体动力学平台OpenFOAM中的雷诺平均求解器对螺旋桨在紧急倒车工况下的水动力特性及绕流场开展数值研究.以5叶螺旋桨DTMB4381模型为研究对象，对其正车前进以及紧急倒车工况进行数值模拟.通过与国际上公开的模型试验结果进行对比，验证了所采用的数值方法在预报螺旋桨不同工况下水动力性能方面的有效性.基于数值模拟获得的水动力载荷及流场信息，探讨了紧急倒车工况下局部绕流场特征随进速变化的规律及其与螺旋桨整体水动力特性之间的关系，为船舶紧急倒车制动能力评估提供了理论依据.     

汽轮机叶片振动机理及防治

叶片是汽轮机的关键部件,又是最精细、最重要的部件之一.叶片受脉动蒸汽激振力的作用会产生强迫振动,当强迫振动的频率与叶片自振频率相同时即引起共振,导致疲劳断裂.汽轮机叶片激振分为:谐频激振、尾迹流激振、随机激振或宽频带激振、自激振效应及外力激振.消徐和防治汽轮机叶片振动的主要措施为:汽轮机叶片性能的提高和对激振源的控制.     

非均匀流场中大功率船舶螺旋桨的理论设计

本文提供了在非均匀伴流场中大功率船舶螺旋桨的理论设计方法．对适应非均匀伴流场的螺旋桨提出三点基本要求。应用本设计方法及其计算程序对一艘二十万吨油轮进行计算．结果表明，在实桨的空泡性能及推进效率方面均有收益．应用本设计方法也曾对某舰艇的螺旋桨进行计算，结果同样是令人满意的。     

热-力耦合作用下钢柱的动力特性分析

根据结构稳定理论导出了钢柱在热-力耦合作用下的振幅计算式,探讨了温度、柱阻尼、柱的尺寸效应、激振频率及纵向惯性力对钢柱动力性能的影响,提出了避免或减小钢柱振动的一些措施,为钢柱的动力分析与抗火设计提供了参考依据.     

载人潜水器支持船舶快速性数值预报

为了研究某载人潜水器支持船舶的水动力性能,以该船模型为研究对象,应用数值模拟软件STAR-CCM+对其进行快速性能预报与流场分析,并与拖曳水池试验值进行对比。通过阻力性能、船舶艏艉波系、船身流线等与试验值的比较,数值模拟计算结果和模型试验结果具有较好的一致性。结果表明:数值预报精度满足工程应用的需要,较好地反映了船舶阻力性能与其周围流场的真实信息,为该船舶舭龙骨、螺旋桨的安装及船体型线的改进提供借鉴和参考。     

融合升力线理论和雷诺时均模拟在螺旋桨设计和 水动力性能预报中的应用

同时采用Lerbs非最优螺旋桨理论和Epps最佳环量分布理论,将螺旋桨升力线方法由初始设计应用扩展到敝水性能预报,对DTMB 4119、4381、4382和4497这4个螺旋桨的敞水性能曲线进行了预报分析.针对升力线方法在中度负载区间的适用限制和无法在黏性流场中考虑桨叶空化性能的缺陷,进一步将Epps方法与雷诺时均（RANS）模拟相结合,可明显提高低、高负载区间的敞水性能预报精度.Epps方法预报精度要高于Lerbs方法,能够满足工程初始分析需求.随着远离设计工况点（低、高进速系数）其预报误差变大,桨叶侧斜程度和纵倾存在也会增大预报误差.RANS模拟时桨叶切面型值由升力线方法提供,桨叶几何和六面体网格划分均采用程式化操作实现.在分析网格因素影响后,所得推力和力矩系数以及压力系数分布均匀与实验值吻合较好.在RANS模拟中加入混合物均相流空化模型后,可定量得出桨叶梢涡涡束在一定距离内的螺旋轨迹.结合桨叶最大负载截面的空化斗性能和梢涡涡束最小压力点幅值,可相对判定桨叶空化性能.构建了基于水动力性能评价的螺旋桨参数化设计和非空化与空化性能预报的数值平台.
     

考虑螺旋桨水动力的双桨船操纵运动数值模拟

针对实桨法模拟螺旋桨旋转计算效率低且双桨船尾流场复杂,而螺旋桨体积力法一般不考虑操纵运动下尾流场不均匀性对螺旋桨水动力性能影响的问题,采用RANS方法、重叠网格技术和螺旋桨体积力法,以DTMB5415M为研究对象,进行了双桨船操纵运动数值模拟研究．首先,对DTMB5415M进行了约束模试验数值模拟,以求取操纵运动下螺旋桨的水动力性能,从而建立操纵运动下的螺旋桨修正体积力模型;然后,将该螺旋桨修正体积力模型和原螺旋桨体积力模型分别用于DTMB5415M的操纵运动数值模拟．结果表明：螺旋桨修正体积力模型相比原体积力模型考虑了船尾伴流场不均匀性对真实桨侧向力和推力的影响,可以较准确快速地进行船舶操纵运动数值模拟．     

某高速舰艇主机改装的艉部振动响应预报

针对某高速宾主机换装，进行了艉部振动响应的预报，探讨了建模、模型的校正、以及阻尼和激振力的选取问题，利用ＳＥＳＡＭ程序对该艇主机功率增大后，采用三叶桨的船体响应进行预报，并与实测结果进行了比较，结果表明，采用适当的实船数据与实船振动测试数据，可以对母船改型减振效果进行准确评估，并可以尽量减少船舶上有害振动的发生，具有实际意义。     

气轮机叶片振动响应的数值分析

求解叶片强迫振动方程的难点在于定量确定叶片的激振力和选用合适的计算模型·针对这一问题,应用薄壳理论,建立了气轮机叶片的应变 位移非线性关系,给出了激振力的形式;应用虚功原理得到了带有较大弯曲和扭转变形的叶片受迫振动方程,再应用振型迭加法求出叶片的振动响应方程,得到了叶片的共振响应条件·结合具体算例,分析了叶片的振动响应及共振响应,结果表明,气轮机叶片振动响应主要取决于叶片固有频率、振动模态、激振频率、激振力(谐波分量)等因素,叶片的非共振响应曲线为拍,当固有频率ω、激振力频率ωe和激振力沿叶片周向移动的角速度ωN间的关系为ω=ωe=nωN(n=1,2,…,∞)时,叶片发生共振·     

紧急停船运动数学模型及其仿真研究

基于船舶推进和船舶操纵性理论，建议了一个计算紧急停船运动的数学模型，并对其中的螺旋桨水动力和力矩提出了一种新的处理方法．利用该数学模型对数十艘实船进行了紧急停船仿真计算，并与相应的实船试航、实船试验实测结果进行了比较，吻合很好．验证了该数学模型的正确与有效，可用于计算船舶的紧急停船运动与预报船舶的紧急停船性能．     

结构涡激振动的理论计算方法实验研究通过部级评审

由哈船院陈启富副教授所组成的课题组经过三年多的努力完成了“结构涡激振动的理论计算方法和实验研究”科研任务并通过了部级评审。这一课题是在解决潜望镜振动的实际工程问题中产生的。圆柱结构的涡激振动现象广泛地存在于诸如拖曳声呐的拖缆、水下无人潜器的胶带、各种系泊系统的缆索、石油开采系统的立管等工程实际中。它是船舶及海洋工程界相当关心的课题。最近二十年来,国