全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器的水動(dòng)力性能研究.pdf

1、全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器可以繞軸線作360度的回轉(zhuǎn)，可以在任何方向獲得最大推力，它可以使船舶原地回轉(zhuǎn)、橫向移動(dòng)、急速后退和在微速范圍內(nèi)作操舵等特殊駕駛操作。裝備全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器可使船舶艉部形狀簡(jiǎn)化，減少船舶阻力，并且在推進(jìn)器發(fā)生故障時(shí)可以將整機(jī)從機(jī)艙吊出而不需要進(jìn)塢，使維修工作大大簡(jiǎn)化，增加了柴油機(jī)的使用壽命。該新型推進(jìn)器適合于各種工程船舶，例如拖輪、頂輪、浮動(dòng)起重船、挖泥船、渡輪、作業(yè)用平底船等，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景和軍事意義。 本文以全回

2、轉(zhuǎn)推進(jìn)器為研究對(duì)象，運(yùn)用數(shù)值計(jì)算和模型試驗(yàn)這兩種方法，開(kāi)展了全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器水動(dòng)力性能的數(shù)值計(jì)算方法研究，計(jì)算了全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器的定常和非定常水動(dòng)力性能、進(jìn)行了全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器的水動(dòng)力性能的試驗(yàn)研究，對(duì)全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器的水動(dòng)力性能進(jìn)行了系統(tǒng)的理論和試驗(yàn)研究。 以目前存在的拖式、推式和雙槳式等三種全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器，應(yīng)用面元法理論，建立了全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器定常和非定常水動(dòng)力性能的數(shù)值模型并編制了相應(yīng)的FORTRAN程序。螺旋槳采用升力體的面元法，艙體和支架采

3、用無(wú)升力體的Hess—Smith方法，二者之間的影響通過(guò)迭代計(jì)算來(lái)處理。 分別計(jì)算了拖式、推式及雙槳式全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器的定常水動(dòng)力性能并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，二者吻合良好，驗(yàn)證了本文建立的數(shù)值計(jì)算方法的有效性和精度。在此基礎(chǔ)上，計(jì)算并分析了艙體對(duì)槳葉載荷分布的影響以及吊艙引起的伴流分布規(guī)律，分析了艙體和支架對(duì)伴流分布的影響。由于艙體的阻塞作用，拖式及推式全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器的螺旋槳載荷均增加；艙體、支架在其正前、后方均產(chǎn)生一個(gè)高伴流區(qū)。

4、 以某型拖式全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器為原型，在艙體上附加鰭后計(jì)算附鰭全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器的定常水動(dòng)力性能，并與無(wú)鰭時(shí)全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器的水動(dòng)力性能進(jìn)行了比較，分析了鰭對(duì)全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器螺旋槳水動(dòng)力性能的影響。計(jì)算分析了附鰭艙體的伴流分布，與無(wú)鰭時(shí)的伴流分布比較，分析了附鰭艙體引起的伴流場(chǎng)的變化。 工作于船后的全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器，由于船體在槳工作區(qū)域產(chǎn)生強(qiáng)烈的船體伴流，會(huì)對(duì)全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器的性能產(chǎn)生很大影響，同時(shí)影響船舶的操縱性能，基于此點(diǎn)，本章應(yīng)用CFD軟件FLU

5、ENT和全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器的定常性能數(shù)值計(jì)算方法研究了船尾伴流中的全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器的定常水動(dòng)力性能。通過(guò)FLUENT模擬得到槳盤(pán)面處的船體伴流，進(jìn)行周向平均后作為全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器的來(lái)流。與無(wú)伴流的情況進(jìn)行推力、扭矩、效率三者的對(duì)比分析，通過(guò)比較得知，在有船尾伴流的情況下，全回轉(zhuǎn)螺旋槳的推力、扭矩均獲得一定程度的提高，效率曲線也產(chǎn)生了一些變化。 對(duì)全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器進(jìn)行了模型試驗(yàn)研究，通過(guò)模型試驗(yàn)，預(yù)報(bào)了船舶的舫行性能，判斷船、機(jī)、槳的匹配情況及航速

6、是否達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)；通過(guò)脈動(dòng)壓力、空泡試驗(yàn)和噪聲試驗(yàn)，獲得主推螺旋槳在正常航行時(shí)的空泡特性、誘導(dǎo)的船尾脈動(dòng)壓力和噪聲級(jí)，判斷船體表面脈動(dòng)壓力符合設(shè)計(jì)要求。完成了全回轉(zhuǎn)推進(jìn)單元裝置的敞水試驗(yàn)。裝有全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器模型自航試驗(yàn)，在舵槳優(yōu)化角下，完成吃水狀態(tài)全附體模型自航試驗(yàn)，確定船槳相互作用參數(shù)。完成船后伴流場(chǎng)測(cè)試，對(duì)應(yīng)實(shí)船設(shè)計(jì)航速(18kn)，完成優(yōu)化船型船后槳盤(pán)面處三維伴流場(chǎng)測(cè)試。實(shí)船航速預(yù)報(bào)，根據(jù)模型試驗(yàn)結(jié)果，預(yù)報(bào)實(shí)船航速及船、機(jī)、槳的匹配

7、情況。正常航行時(shí)主推螺旋槳模型空泡試驗(yàn) 對(duì)某型全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器進(jìn)行了模型試驗(yàn)，得到了該推進(jìn)器的敞水性能，推進(jìn)器在不同偏轉(zhuǎn)角條件下的水動(dòng)力性能，測(cè)量了船左側(cè)的螺旋槳在船模正航、右偏航一定角度時(shí)作的±180度和±90度回轉(zhuǎn)時(shí)的性能。并得到了船體的影響系數(shù)曲線。 基于本文所建立的全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器非定常性能的數(shù)值計(jì)算方法，計(jì)算了在均勻來(lái)流中的全回轉(zhuǎn)推進(jìn)器的非定常水動(dòng)力性能，計(jì)算得艙體的實(shí)效伴流和標(biāo)稱伴流分布，討論了在兩種伴流條件下的全回