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《哈尔滨工程大学》 2008年
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全回转推进器的水动力性能研究

王培生  
【摘要】: 全回转推进器可以绕轴线作360度的回转,可以在任何方向获得最大推力,它可以使船舶原地回转、横向移动、急速后退和在微速范围内作操舵等特殊驾驶操作。装备全回转推进器可使船舶艉部形状简化,减少船舶阻力,并且在推进器发生故障时可以将整机从机舱吊出而不需要进坞,使维修工作大大简化,增加了柴油机的使用寿命。该新型推进器适合于各种工程船舶,例如拖轮、顶轮、浮动起重船、挖泥船、渡轮、作业用平底船等,具有广阔的市场应用前景和军事意义。 本文以全回转推进器为研究对象,运用数值计算和模型试验这两种方法,开展了全回转推进器水动力性能的数值计算方法研究,计算了全回转推进器的定常和非定常水动力性能、进行了全回转推进器的水动力性能的试验研究,对全回转推进器的水动力性能进行了系统的理论和试验研究。 以目前存在的拖式、推式和双桨式等三种全回转推进器,应用面元法理论,建立了全回转推进器定常和非定常水动力性能的数值模型并编制了相应的FORTRAN程序。螺旋桨采用升力体的面元法,舱体和支架采用无升力体的Hess-Smith方法,二者之间的影响通过迭代计算来处理。 分别计算了拖式、推式及双桨式全回转推进器的定常水动力性能并与试验结果进行了比较,二者吻合良好,验证了本文建立的数值计算方法的有效性和精度。在此基础上,计算并分析了舱体对桨叶载荷分布的影响以及吊舱引起的伴流分布规律,分析了舱体和支架对伴流分布的影响。由于舱体的阻塞作用,拖式及推式全回转推进器的螺旋桨载荷均增加;舱体、支架在其正前、后方均产生一个高伴流区。 以某型拖式全回转推进器为原型,在舱体上附加鳍后计算附鳍全回转推进器的定常水动力性能,并与无鳍时全回转推进器的水动力性能进行了比较,分析了鳍对全回转推进器螺旋桨水动力性能的影响。计算分析了附鳍舱体的伴流分布,与无鳍时的伴流分布比较,分析了附鳍舱体引起的伴流场的变化。 工作于船后的全回转推进器,由于船体在桨工作区域产生强烈的船体伴流,会对全回转推进器的性能产生很大影响,同时影响船舶的操纵性能,基于此点,本章应用CFD软件FLUENT和全回转推进器的定常性能数值计算方法研究了船尾伴流中的全回转推进器的定常水动力性能。通过FLUENT模拟得到桨盘面处的船体伴流,进行周向平均后作为全回转推进器的来流。与无伴流的情况进行推力、扭矩、效率三者的对比分析,通过比较得知,在有船尾伴流的情况下,全回转螺旋桨的推力、扭矩均获得一定程度的提高,效率曲线也产生了一些变化。 对全回转推进器进行了模型试验研究,通过模型试验,预报了船舶的航行性能,判断船、机、桨的匹配情况及航速是否达到设计指标;通过脉动压力、空泡试验和噪声试验,获得主推螺旋桨在正常航行时的空泡特性、诱导的船尾脉动压力和噪声级,判断船体表面脉动压力符合设计要求。完成了全回转推进单元装置的敞水试验。装有全回转推进器模型自航试验,在舵桨优化角下,完成吃水状态全附体模型自航试验,确定船桨相互作用参数。完成船后伴流场测试,对应实船设计航速(18kn),完成优化船型船后桨盘面处三维伴流场测试。实船航速预报,根据模型试验结果,预报实船航速及船、机、桨的匹配情况。正常航行时主推螺旋桨模型空泡试验 对某型全回转推进器进行了模型试验,得到了该推进器的敞水性能,推进器在不同偏转角条件下的水动力性能,测量了船左侧的螺旋桨在船模正航、右偏航一定角度时作的±180度和±90度回转时的性能。并得到了船体的影响系数曲线。 基于本文所建立的全回转推进器非定常性能的数值计算方法,计算了在均匀来流中的全回转推进器的非定常水动力性能,计算得舱体的实效伴流和标称伴流分布,讨论了在两种伴流条件下的全回转推进器的非定常水动力性能;计算了忽略舱体不同伴流分量时的全回转推进器螺旋桨的非定常水动力性能,分析了不同伴流分量对全回转推进器非定常水动力性能的影响;以试验测得的某型船尾伴流为全回转推进器的来流,计算了在该来流下的全回转推进器的非定常水动力性能,讨论了船尾伴流对全回转推进器水动力性能的影响。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:U664.3

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【引证文献】
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