NACA半懸掛舵舵葉流場數(shù)值模擬及舵裝置輔助設(shè)計.pdf

1、舵裝置是船舶安全航行的重要保證。在船舶外形尺度和螺旋槳確定后，舵就成了影響船舶操縱性的最重要的因素。船舶現(xiàn)代設(shè)計要求船舶有良好的操縱性，而船用舵性能優(yōu)越，結(jié)構(gòu)簡單，因此舵的設(shè)計尤為重要。 目前舵的設(shè)計工作主要是根據(jù)以往的優(yōu)良船型的設(shè)計資料進(jìn)行設(shè)計。設(shè)計者在母型船舵系的基礎(chǔ)上反復(fù)修改、校核，直至得到滿足用戶需要、且符合規(guī)范的設(shè)計。這個過程繁瑣復(fù)雜，通常一個小小的改動會牽動其他的很多變動，從而導(dǎo)致設(shè)計效率低下，這嚴(yán)重影響船的設(shè)計進(jìn)度

2、。因此如何能提高舵的設(shè)計效率，較快的設(shè)計出實用高效的舵，成了設(shè)計者面前一個亟待解決的問題。本文正是基于此想法，編寫應(yīng)用程序，實現(xiàn)參數(shù)化繪圖，由計算機自動導(dǎo)出舵設(shè)計計算書，以提高舵設(shè)計效率，簡化設(shè)計人員的工作。 本論文主要工作有兩部分：采用FLUENT軟件，模擬舵葉流場數(shù)值變化，得出舵的水動力特性；利用VB編寫應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)自動繪制舵圖形和自動生成舵設(shè)計計算書。考慮到舵的種類繁多、功能各異，本文主要針對市場占有率最大的海洋運輸船常用

3、的舵型——NACA對稱翼型剖面半懸掛舵。 舵的結(jié)構(gòu)形式簡單，為舵設(shè)計的參數(shù)化設(shè)計提供了可能。本文提取舵葉弦長、展弦比、舵剖面型號作為繪制舵圖形的基本參數(shù)。用戶只需在程序窗口中輸入船舶主尺度、舵葉基本參數(shù)等值，程序即可驅(qū)動AutoCAD自動繪圖，并得到校核強度所需的有關(guān)尺寸。程序?qū)⑦@些尺寸導(dǎo)入計算模塊中進(jìn)行計算，由用戶決定所選用的材料型號，選用的舵桿直徑等，最后得到舵設(shè)計計算書。整個過程非常簡單快捷，經(jīng)過設(shè)計實例證明結(jié)果實用可靠。

4、 舵裝置的設(shè)計有兩大關(guān)鍵步驟，一個就是確定所選擇的舵的水動力特性，即舵力、扭矩等，以便核算舵的結(jié)構(gòu)尺寸，選擇舵機；另一個是選擇所需的舵面積及其有關(guān)特性參數(shù)。而目前的舵的水動力性能的計算主要有兩種方法：其一是利用舵的模型資料進(jìn)行換算；其二是采用近似計算公式估算。但這兩種方法都存在一定缺陷。采用近似公式估算簡單易行，但結(jié)果非常不精確。而得到模型資料需要進(jìn)行大量試驗，耗費巨大，且模舵與實舵還存在很多差異，試驗結(jié)果相對精確但仍有出入。本

5、文是基于FLUENT軟件，利用GAMBIT前處理軟件建模，采用Spalart—Allmaras湍流模型，二階迎風(fēng)格式模擬舵葉流場，計算得到了舵的水動力性能數(shù)據(jù)。與舵模型試驗數(shù)據(jù)比較，結(jié)果吻合較好。本人利用FLUENT軟件進(jìn)行大量計算，研究了展弦比、來流速度、剖面形式對舵的水動力性能的影響。并據(jù)此為舵的參數(shù)化設(shè)計選取了關(guān)鍵參數(shù)。 本文對舵葉粘性流場進(jìn)行數(shù)值模擬，得出了舵的水動力特性。作者所進(jìn)行的研究，有效的縮短了半懸掛舵的設(shè)計過程