简易导管三叶可调螺距螺旋桨试验研究

近年来,上海交通大学船舶流体力学研究室对于简易导管螺旋桨及三叶可调螺距螺旋浆进行了系列试验研究并发表了相应的设计图谱[1],[3]。根据船厂和设计部门提出研制导管调距桨的要求,最近又进行了导管三叶可调螺距螺旋桨的试验研究。导管采用正倒车性能兼优的JD 7704简易导管,螺旋桨采用JDC 3-50及JDC 3-65可调螺距螺旋桨系列,其目的在于探讨这一系列性能的优劣以及积累试验经验。本文介绍初始螺距比的敞水试验结果,文中除给出敞水性征曲线外,还给出了常用的B_p~(1/2)-δ设计图谱及简易设计图谱。试验结果表明:该系列的敞水性能是满意的。     

叶梢尖角对导管桨性能的影响

在导管桨的实际使用中,K_a系列桨因叶梢阔而薄,边缘锐利,容易损坏和激起空泡。为此,以四种不同半径的圆弧替代叶梢尖角后进行了敞水试验。文中给出了敞水试验的结果,研究了不同半径切割对敞水性能的影响。为实际使用方便,我们对结果进行分析后,提供了按原设计图谱设计 JD 简易导管桨和具有圆弧梢部的“修正的”K_a系列螺旋桨组合的方法。     

倒车舵系统对导管螺旋桨敞水性能的影响

我们以 JD 7704导管为基本型,加置倒车舵,正车舵及轴架,改型成JD 8001,配以 Ka 4-70螺旋桨系列进行了敞水试验,给出了正航状态下倒车舵的最佳初始舵角范围以及相应於这些舵角的(B_p～δ)~(1/2)设计图谱。此外,对如何应用长试验结果来正确设计带有倒车舵系统的推轮导管浆进行了初步的探讨。     

导管调距桨全回转拖轮停船运动建模与仿真

针对配备了双导管调距桨的全回转拖轮进行紧急停船运动仿真.基于分离型建模思想,建立全回转拖轮的停船运动数学模型.采用塔格尔特剩余阻力图谱获得不同弗汝德数下的剩余阻力系数,建立适用于常速域和低速域的拖轮阻力模型.通过修正后的JD7704导管+Ka4-70螺旋桨图谱与荷兰船模试验水池最新提出的C4-40调螺旋桨图谱,获得不同水动力螺距角与螺距比下的推力系数,建立适用于导管调距桨实际操纵工况的推力模型.仿真结果显示,所建模型可满足拖轮操纵模拟器中全回转拖轮紧急停船运动精度的要求.     

基于CFD的船舶导管螺旋桨的水动力性能研究

运用计算流体力学软件对黏性流场中导管螺旋桨的水动力性能进行了计算研究,模拟了导管螺旋桨在不同进速系数下的推力系数、转矩系数、导管螺旋桨表面压力分布等.首先利用UG及Gambit建立计算模型,然后在FLUENT软件中利用滑移网格(Moving Mesh)的方法计算导管螺旋桨在敞水状态下推力以及转矩.最后将计算结果与模型试验值进行比较,CFD计算结果与模型试验结果吻合.     

基于实海域模型试验的组合节能附体效果研究

为了减小在评估水动力组合附体节能效果时存在的尺度效应和海浪环境的影响,以安装有导流鳍-舵球组合节能附体的矿砂船模为研究对象,设计了一套能对螺旋桨推进性能等航行数据进行监测和分析的综合测试系统,并在黄海北部海域先后开展了静水和波浪环境中的实海域自航试验,对不同浪高、浪向下组合附体对螺旋桨推进性能的影响进行了分析．试验结果表明：在不同波浪环境下,组合节能附体会对螺旋桨的推力和扭矩产生不同的影响,最大可使螺旋桨的推力增加15%～17%,扭矩下降3%～7%.     

带制流板舵在螺旋桨尾流中的水动力性能

提出了一种计算带制流板舵在螺旋桨尾流中水动力性能的方法，舵的水动力及周围流场用面元法计算，螺旋桨性能及尾流场通过无限叶数的简易螺旋桨理论来预估，而舵上下制流板的影响则应用升力面的涡格法来计算，舵、制流板、螺旋桨的干扰作用以迭代方法求得，由于采用了面元法，舵的水动力性能及表面压力分布的计算更为精确，文中不对带制流板舵的操纵性能进行计算和研讨，计算结果与实验值比较，吻合程度良好。     

回转体和桨轴与回转轴重合的螺旋桨相互干扰的理论探讨

船体和螺旋桨的相互影响是船舶快速性的问题之一.本文利用经典的流体力学方法,对轴对称问题列出了积分方程.研究了组合体,分析、比较了不同螺旋桨模型的适用性.对推力减额和伴流进行了分析.得到势流推力减额与螺旋桨相对直径的关系.对Akron 号飞艇的其体算例表明:推力减额的主要部分是势流推力减额,不随雷诺数及桨载荷系数而变.伴流因与粘性尾流有关,受到尺度效应的严重影响,有待深入研究.     

导管结构改进后导管桨的水动力性能研究

对19A导管桨的试验模型进行改进,在导管内壁后半部分增加突起结构来提高导管桨的推进效率.应用计算流体力学中的SSTk-ω模型对19A导管Ka4-55螺旋桨的水动力性能进行计算,得到了导管桨在各个进速系数下的推力系数、转矩系数和螺旋桨效率以及导管上的推力系数.通过与实验结果进行对比,验证计算方法的可靠性.对导管改进结构参数进行优选,得到设计进速系数下效率较高的导管模型.对比结果显示:改进导管可以提高导管桨效率,设计进速系数J=0.5处,效率能够提高2.62%.通过对比改进前后导管桨压力分布和导管内速度分布,分析了改进导管桨水动力性能提高的机理.     

近似模型方法在螺旋桨优化设计中的应用

为了提高螺旋桨优化设计的质量和效率,将试验设计方法、近似模型和粒子群算法相结合,建立了基于近似模型的螺旋桨优化设计的方法.首先,以螺旋桨的几何参数为设计变量和以推力系数与效率为目标函数,引入试验设计的方法对整个设计空间采样,采用定常面元法预报程序计算出样本螺旋桨的水动力性能.其次,根据采样得到的样本库建立螺旋桨几何参数和水动力性能之间的克里格近似模型.最后,结合该近似模型和粒子群算法对螺旋桨的多目标优化设计.以P4382桨和Ka0.5导管桨为例,验证近似方法应用于螺旋桨优化设计的可行性.结果表明:近似模型方法能够实现目标桨的推力系数和效率的提高,而且优化速度快.     

导管螺旋桨定常性能理论计算

建立了计算导管螺旋桨在均流中的定常水动力性能的数值方法，螺肇桨用涡格法，导管用面元法分别计算，两者的相互影响则通过迭代计算加以考虑，为了减少计量量，螺旋桨对导管的诱导速率周向平均值，从而使导管周围的非定常流动简化为定常对称流动，应用本法地ＪＤ简易导管桨系列进行了计算，数值结果试验数据吻合良好。     

径向载荷分布对螺旋桨气动性能影响的计算研究

通常认为螺旋桨叶片的径向载荷分布对于螺旋桨的气动效率有较大影响,但是,通过对比三种典型径向载荷分布螺旋桨的气动性能,本文发现：只要合理选择翼型及工作迎角,载荷分布的不同不太影响螺旋桨的效率。本文采用求解三维N-S方程确定桨叶各叶素的气动性能并根据设定的载荷分布进行剖面迎角调整的方法研究。本文的研究结果表明：如果采用本文的调整方法,在螺旋桨设计中不必重点研究载荷分布的问题。     

循环面内压缩载荷下方板的非弹性变形性能

介绍了循环面内压缩载荷下方板非弹性变形性能的理论与试验工作，采用箱开接方柱进行试验重点研究不同初挠度对板构件循环变性能的影响。给出了循环加载与单调加载载荷－变形性能的比较。     

叶梢带端板螺旋桨的性能研究

1 概述 若使螺旋桨叶片的梢部保持一定的弦长,并装有一小块弧形端板,则能阻止叶端的横向绕流,维持较大的环流强度,从而增加叶片推力。此外还能消除梢涡,降低噪声。80年代初,叶梢带端板的螺旋桨用于实船试航,获得以14％～15％的节能效益,从而引起人们的关注,并对这种推进器开展了广泛的研究和讨论。 作者1985年以来也对叶梢带端板螺旋桨进行了研究。以一艘单桨船舶的常规螺旋桨模型为对比基础,保持其叶面积不变,使桨叶修改成具有宽叶梢的外形。同时先后安装五种方案的叶梢端板,进行了理论计算和模型敞水试验。桨模的叶数为4;直径144.4mm;     

循环面内压缩载荷下方板的非弹性变形性能

介绍了循环面内压缩载荷下方板非弹性变形性能的理论与试验工作．采用箱形焊接方柱进行试验，重点研究不同初始挠度对板构件循环变形性能的影响．给出了循环加载与单调加载载荷－变形性能的比较．     

基于GUM法的螺旋桨桨帽鳍试验不确定度分析

基于国际标准并参照国家计量规范,对螺旋桨桨帽鳍试验节能效果的影响因素进行详细分析,进而对其进行不确定度计算．首先,通过GUM(测量不确定度表示指南)方法对螺旋桨安装桨帽鳍前后水动力性能试验各环节不确定度分量进行梳理,根据不确定度测量方程,确定了A类及B类不确定度对试验结果的影响;然后,对某油轮螺旋桨安装桨帽鳍前后的水动力性能进行30次重复性测试．结果表明：在95%包含概率下,推力的扩展不确定度不高于0.25%,扭矩的扩展不确定度不高于0.5%,螺旋桨效率的扩展不确定度不高于0.45%,本次试验不确定度能满足螺旋桨桨帽鳍试验的较高要求,并用蒙特卡罗法与GUM法计算结果进行了对比,两者较为符合,验证了GUM方法的适用性．     

水下潜器导管螺旋桨在转艏摆动中的推力特性分析

采用多重滑移网格技术和计算流体力学(CFD)方法对作为水下潜器主要控制机构的导管螺旋桨在水下潜器各子系统流场影响下作转艏摆动时的推进特性进行数值模拟,研究了潜器组合体流场对导管螺旋桨所发出的推力的影响,对水下潜器系统中导管螺旋桨在其转艏摆动中的所发出的推力的规律进行了总结,并分析了水下潜器组合体与导管螺旋桨的水动力相互影响因素.计算结果表明:水下潜器组合体流场对导管螺旋桨的推进特性有不可忽略的影响,其中导管螺旋桨前端的鱼雷状浮体是影响其推进特性的主要因素,在其水动力相互影响区域长度范围内,浮体与螺旋桨之间轴向距离越小,螺旋桨所发出的推进力越大;鱼雷状浮体对导管螺旋桨推进特性的影响主要是通过改变螺旋桨盘面处的进速来体现.在研究水下潜器系统中导管螺旋桨推进力特性时,只有将潜器组合体与所研究的导管螺旋桨组合成为一个整体、同时将这样一个组合整体结合到水下潜器系统具体的运转环境来进行计算才能得到一种符合工程实际的结果.     

螺旋桨多种工况敞水性能数值预报

为快速、简便、低成本地获取螺旋桨多种工况下推力系数和转矩系数,根据螺旋桨基本参数,推导并建立空间三维螺旋桨型值点数学模型,并采用Matlab语言进行编程,将计算得到的型值点导入前处理软件,建立光滑的三维螺旋桨模型.以某型AU桨为研究对象,运用计算流体动力学(CFD)方法对其在黏性流场中的正车前进、正车后退、倒车前进及倒车后退4种工况的敞水性能进行数值模拟,给出不同进速系数时的推力系数、转矩系数、桨叶表面压力分布.结果表明,绝大部分计算值与试验值吻合良好,可满足工程应用的要求.     

L型吊舱推进器直航及操舵工况水动力性能试验研究

针对L型吊舱推进器的结构特点自行研发了一套水动力性能测量装置,并利用船模拖曳水池实验室对其敞水性能进行了试验研究.试验测量了直航状态下进速系数在0~1.3内的螺旋桨推力、转矩以及吊舱推进器单元整体的推力和侧向力等相关性能,并对3个不同进速系数下L型吊舱推进器以0.139 6rad/s的操舵速率进行动态操舵时的螺旋桨及吊舱整体的水动力性能与静态操舵时的水动力性能进行对比.研究发现,右旋桨L型吊舱推进器在向右动态操舵时螺旋桨整体上的推力要较静态操舵状态的大,而转矩偏小,吊舱单元整体受力变化较为复杂.     

可调螺距螺旋桨动态加载装置刚体动力学分析

可调螺距螺旋桨(调距桨)桨毂机构及桨叶等在运行中会承受较大的载荷,利用加载重块旋转产生的离心力模拟调距桨在叶根法兰中心处推力弯矩、扭力弯矩、离心力和离心力扭矩,使得试验能高效简易地实现.通过单质点等效块体旋转,将模型大大简化,在此基础上分析定螺距和调距两种状态下设计算法.分析结果为桨毂强度测试试验奠定了基础.