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.     

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.     

单桨船螺旋桨安装位置确定

通过船模螺旋桨在3个不同安装位置的自航试验，探讨了螺旋桨位置对推进效率的影响，试验结果表明，选择合适的螺旋奖位置，有利于提高舵的整流作用，改善船后伴流分布，减小推力减额，从而提高推进效率，达到船舶节能的目的，作为一个典型试验的结果，在0.1D(D为螺旋桨直径）范围内移动螺旋桨，在航速上可获得3％－5％的增量，因此，在船舶设计中有必要重视螺旋桨安装位置的选择。     

螺旋桨空化崩溃性能图谱的多相流模拟

为了提高螺旋桨空化性能多相流模拟的精度,采用改进数值模型对NSRDC4381螺旋桨的片空化形态和空化崩溃性能图谱进行了模拟与校验．数值模型由混合密度中显示包含非凝结性气核（NCG）质量分数和体积分数的混合物多相流模型,考虑湍流脉动影响的相变临界压力、NCG质量分数取7．8×10^-4、NCG体积分数取1．0×10^-6、气泡平均初始半径取1．5μm的改进Sauer空化模型,以及剪切应力输运（SST）湍流模型组成．结果表明：预报空化崩溃性能图谱与实验值符合很好;非设计进速系数下模拟空化形态与采用Sauer空化模型的结果一致,较实验值略偏小;中度和重度空化下,推力和力矩系数的预报精度明显高于采用Kunz空化模型的结果,严重空化时精度提升约16％;即使在高负载且严重空化的非设计工况下,预报推力和力矩系数误差分别为4．95％和2．28％,也在工程可控范围内,证明了所采用数值模型的有效性．该模型可进一步用于螺旋桨空化初生的数值判定．     

迭代型体积力法预报船舶推进性能

摘要： 应用计算流体动力学的方法（CFD）,采用迭代型体积力法,耦合螺旋桨势流涡格法（VLM）和船体周围黏性流场RANS（Reynolds Averaged Navier Stokes)方程,代替真实螺旋桨的作用,即将VLM法计算得到的推力和转矩分布插值后作为源项加载到RANS方程中,将RANS方程得到的流速扣减诱导速度后得到实效伴流作为VLM法计算的进流条件,计算得到新的推力和转矩值,重复迭代直至螺旋桨的推力变化达到收敛要求.在无舵情况下对集装箱船KCS(KRISO Container Ship)的自由面黏性流场进行了数值模拟,计算结果与试验结果吻合良好.整个计算过程由集成了VLM和RANS方程的程序自动完成.研究结果表明,迭代型体积力法可以快速准确地预报船桨干扰下船体的推进性能.     

第三代平头涡尾船型试验研究

给出了第三代平头涡尾船型的船模阻力、船模自航试验结果和实船测速结果,通过试验分析,阐述了该代船型具有优异的推进性能并对其机理作了探讨．讨论了伴流分数及推力减额系数对推进效率的作用．     

船舶螺旋桨黏性空化流场数值方法

以螺旋桨E779a为对象研究适合螺旋桨黏性空化流场的数值方法.基于黏性多相流理论,在均匀入流条件下数值求解纳维-斯托克斯(N-S)方程和空泡动力学方程组来预报螺旋推力系数KT、轴向速度UX和蒸汽体积分数av.数值结果表明,增加螺旋桨盘面至压力出口的计算空间距离后KT和UX的准确性提高了约3%.螺旋桨外围圆柱形规则区域用结构网格划分可以明显改善片空化的预报.对于相同网格策略,网格尺寸在一定范围内减小对片空化位置、KT和UX的预报结果影响不大,但片空化程度预报的准确性提高23%.网格收敛指数表明网格无关性较好,标准k-ω模型使计算容易收敛,大涡模型可提高UX和湍流动能的预报精度.     

自主水下机器人强制自航下潜的类物理模拟

为提高自主水下机器人(AUV)下潜的安全性和稳定性,需对AUV自航下潜操纵运动进行精确预报.为此提出建立载体全物理模型,模拟螺旋桨运动,编写用户自定义函数(UDF),求解雷诺平均N-S方程,实时预报载体强制自航下潜运动受力和流动特性的类物理数值模拟方法.该方法采用多块混合网格和动区域法,能提高动网格数值模拟的精度和计算效率.数值方法通过AUV自航试验的速度对比进行了验证.将该方法应用于AUV强制自航下潜模拟,结果表明:初始启动时,载体加速度较大,将导致AUV有较大纵向和垂向阻尼;在载体纵倾变化过程中,载体垂向力幅值较大且振荡,螺旋桨尾迹有扭转趋势,螺旋桨推力变化;在载体定向直航下潜中,螺旋桨推力和载体阻力较为稳定.     

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．     

标准船模拖曳水池自航试验不确定度分析

参考国际船模拖曳水池会议(ITTC,2017)推荐规程以及国家相关标准,对船模拖曳水池的自航试验进行不确定度分析.首先对船模自航试验流程进行了梳理,确定其不确定度来源;然后根据自航试验原理,提出了不同温度时试验数据换算的方法,对ITTC关于自航试验不确定度分析规程进行补充;其次在试验数据进行温度换算之后,计算了船模自航试验中桨模转速、推力、扭矩和强制力的不确定度,并进一步计算了相关自航因子的不确定度.分析结果表明:当名义温度15℃时,按照95%的置信水平,各自航点的转速的扩展不确定度小于0.4%,推力和扭矩的扩展不确定度均低于1.0%,推力减额的扩展不确定度低于5.5%,伴流分数的扩展不确定度低于1.1%.本试验的船模自航试验不确定度分析的方法和步骤可以作为其他水池试验的参考.