收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

POD推进器的水动力性能研究

马骋  
【摘要】: POD推进器(又称吊舱式推进器)是近年来发展起来的一种新型的船舶推进装置,该装置可以提高舰船总体性能,节省舱室空间,增加有效载荷,提高舰船的作战使用效能,可充分发挥电力推进系统的优越性,因而具有广阔的市场应用前景和极高的军事应用价值。本文在这一工程背景下,以POD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POD推进器水动力性能的数值计算方法研究、定常和非定常水动力性能的数值分析、水动力性能的试验研究以及POD推进船舶的实船快速性能预报等一系列研究工作,对POD推进器的水动力性能进行了系统的理论和试验研究。 针对目前常用的拖式、推式和双桨式等三种POD推进器形式,应用升力面理论涡格法和面元法,建立了POD推进器定常和非定常水动力性能的数值计算方法并编制了相应的计算机程序。其中,螺旋桨桨叶采用升力面理论涡格法计算,吊舱舱体及支架采用Hess—Smith面元法计算,螺旋桨与吊舱及支架之间的相互影响通过迭代计算来处理。数值计算方法的建立,为POD推进器水动力性能的理论分析提供了研究手段。 针对用于POD推进器的螺旋桨,计算了其在无吊舱时的敞水性能并与试验数据进行了比较,两者相当吻合,从而初步验证了本文数值计算方法的精度。对拖式、推式及双桨式POD推进器的定常水动力性能分别进行了计算和试验比较,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,计算并分析了吊舱对桨叶载荷分布的影响以及吊舱引起的伴流分布规律。研究表明:本文建立的数值方法能够较好地预报拖式及推式POD推进器的定常水动力性能,但双桨式POD推进器的理论预报结果与试验值存在着一定偏差;由于吊舱的阻塞作用,拖式及推式POD推进器的螺旋桨载荷均增加,拖式POD推进器的吊舱阻塞效应更为明显;吊舱、支架在其正前、后方均产生一个高伴流区。 研究并建立了POD推进器螺旋桨的尾涡模型。应用简单尾涡松弛方法,计算了不同进速系数下尾涡线螺距角分布,进而根据计算结果找出了尾涡模型中的关键参数——尾涡螺距角与几何螺距角及进角之间的关系,并以解析式的形式表达出来,从而建立了POD推进器螺旋桨的尾涡模型。为检验其有效性和适用性,选用两只螺旋桨进行了实例计算,并与试验结果及旧尾涡模型(通过修改无吊舱时的螺旋桨尾涡模型参数得到的经验性尾涡模型)计算结果进行了对比分析。通过与旧的尾涡模型计算结果进行比较,发现采用新尾涡模型得到的水动力性能比旧模型更接近于试验数据,表明其计算结果具有更高的精度。而计算结果与两只POD螺旋桨试验数据的比较表明,采用新尾涡模型计算得到的螺旋桨水动力性能和试验结果均很接近,说明新尾涡模型具有良好的适用性。 基于本文所建立的POD推进器定常及非定常性能的数值计算方法,针对吊舱影响下的螺旋桨非定常性能,通过系统的计算和分析,研究了螺旋桨负荷、吊舱和支架伴流各分量以及标称与实效伴流对POD推进器水动力性能的影响。研究表明:就吊舱及支架的实效伴流而言,轴向及周向伴流主要由支架引起,径向伴流主要由吊舱舱体引起;由于螺旋桨旋转尾流的作用,伴流各分量呈明显的左、右舷不对称;随着桨叶负荷减小,轴向及周向伴流均相应减弱,但径向伴流变化很小。当桨叶经过高伴流区时,推力、扭矩明显增加;非定常力(矩)的成分以一倍叶频为主。当考察POD推进器的定常水动力性能时,可以忽略吊舱伴流的径向及周向分量;考察非定常性能时,可以忽略径向分量,但应该考虑周向分量的影响。以吊舱及支架的标称伴流作为进流,将导致非定常推力、扭矩的平均值降低,脉动量幅值减小。因此,虽然标称伴流容易得到,但据此进行POD推进器的性能预报或设计都会引起一定的误差。非定常水动力的脉动幅值取决于船尾伴流与吊舱伴流的相对比例,忽略吊舱伴流会导致桨叶非定常力的变化特征发生较大变化。 针对拖式、推式和双桨式POD推进器的定常水动力性能进行了系统的试验研究,设计了试验装置和试验方案,建立了POD推进器水动力性能的试验研究方法,并进行了多方案的模型试验研究。试验研究表明:无论单桨拖、推式或双桨式POD推进装置中的螺旋桨,由于吊舱的作用均获得了比常规螺旋桨更高的敞水效率,但若计入吊舱阻力,则POD推进器的总体水动力效率要低于光桨的效率;POD推进器的效率与螺旋桨、吊舱和支架之间的水动力干扰密切相关,对于双桨式POD推进器而言,这一效应更为强烈。在双桨式POD推进器的设计中,需要对吊舱和支架等部件的线型及前、后桨的水动力负荷分配作更为全面精细的考虑。 针对采用两个POD推进器作为主推进装置的某型船舶,首先通过船模阻力试验确定了裸船体的有效功率曲线,然后应用图谱设计方法设计了该船的POD推进器,并对所设计的POD推进器进行了敞水性能试验,通过对敞水性能试验结果的修正确定了全尺度推进器的水动力性能,进而利用以上数据进行了实船快速性预报和空泡校核计算。预报和校核结果表明,本文所设计的POD推进器达到了设计要求。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 孙秀峰;拾兵;尹则高;杨立鹏;;斜交高架桥对城市河道流场的影响[J];人民黄河;2011年08期
2 李志伟;梁习锋;张健;;竖井对隧道内瞬变压力的影响[J];中南大学学报(自然科学版);2011年08期
3 卢清国;郭晗;牛防桥;;土性和埋深对增阻推力的影响研究[J];山西建筑;2011年23期
4 曲进;孙剑平;高翔;;循环荷载下劲性微型桩单桩模型试验研究[J];岩土力学;2011年S2期
5 严登丰;李彦军;胡德义;佟宏伟;王晓鹏;;青草沙水库原水取水泵站模型试验[J];净水技术;2011年03期
6 曾宇军;王法磊;;中国科学院院士汪集旸考察鄱阳湖模型试验研究基地[J];江西水利科技;2011年02期
7 聂善文;;散体围岩隧道小导管注浆试验及效果分析[J];公路工程;2011年03期
8 纪君娜;纪立强;刘臻;;黄河南海堤防潮工程护面块体选型试验研究[J];中国港湾建设;2011年04期
9 李冬成;;岩土模型试验相似设计[J];湖南交通科技;2011年02期
10 于曰旻;;某跨海大桥桥头刚架桥段波浪浮托力作用的试验研究[J];广东水利水电;2011年06期
11 刘燕;;铁路站房大门空气幕阻隔特性分析[J];制冷与空调;2011年03期
12 刘永胜;何孟芸;;溪洛渡水电站进水口快速闸门设计[J];水利水电工程设计;2011年03期
13 彭云枫;何蕴龙;熊政;;复杂边界土石坝三维渗流场分析[J];灌溉排水学报;2007年S1期
14 冀伟;刘世忠;蔺鹏臻;;波形钢腹板连续箱梁的自振频率分析[J];兰州交通大学学报;2011年03期
15 董昌周;曲晨;;地形偏压连拱隧道衬砌内力研究[J];浙江科技学院学报;2011年03期
16 张乾;宋林辉;梅国雄;;黏土地基中的基础浮力模型试验[J];工程勘察;2011年09期
17 李峰;徐长航;刘初升;李洪涛;;基于振动测试的海洋平台损伤识别试验研究[J];煤炭技术;2011年08期
18 董昌周;曲晨;杨建辉;;地形偏压连拱隧道模型试验衬砌受力研究[J];铁道建筑;2011年08期
19 戴国亮;周香琴;刘云忠;刘立基;龚维明;;井筒式地下连续墙水平承载能力模型试验研究[J];岩土力学;2011年S2期
20 王义重;王其勇;刘欢;傅旭东;;土钉墙-锚杆支护技术模型试验及有限元研究[J];岩土力学;2011年S2期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李先炜;范欣荣;;锚拉支架[A];中国岩石力学与工程学会第三次大会论文集[C];1994年
2 曹万林;魏文湘;曲英华;张瑞捷;庞国新;;轻质填充墙异型柱框架侧移刚度试验分析[A];第二届全国结构工程学术会议论文集(上)[C];1993年
3 胡安康;孙群;范佘明;华汉金;;高负荷螺旋桨敞水及空泡性能试验研究[A];第二十届全国水动力学研讨会文集[C];2007年
4 张耀春;周晅毅;刘玉姝;张福海;;截面为三角形的空间格构式刚架体系的整体稳定性试验研究及平面内稳定性分析[A];钢结构工程研究(三)——中国钢结构协会结构稳定与疲劳分会2000年学术交流会论文集[C];2000年
5 王胜军;胡清娟;;宝泉抽水蓄能电站水泵水轮机模型验收试验[A];抽水蓄能电站工程建设文集(2006)[C];2006年
6 ;前言[A];第一届全国岩石力学数值计算及模型试验讨论会论文集[C];1986年
7 陈锐;彭忠年;田娅娟;薛鹏;;新疆下坂地水电站水轮机模型开发研究[A];水电设备的研究与实践——第十七次中国水电设备学术讨论会论文集[C];2009年
8 黄金树;;洪江水电站灯泡贯流式水轮机模型试验[A];水电设备的研究与实践——第十七次中国水电设备学术讨论会论文集[C];2009年
9 曹万林;吴建有;郝春森;闫昌德;马德录;;轻质填充墙异型柱框架抗震性能试验分析[A];第二届全国结构工程学术会议论文集(上)[C];1993年
10 张翔;何天祺;;三峡电站主厂房夏季分层空调模型试验及其初步研究[A];全国暖通空调制冷2000年学术年会论文集[C];2000年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 马骋;POD推进器的水动力性能研究[D];哈尔滨工程大学;2006年
2 王培生;全回转推进器的水动力性能研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
3 王戍平;破碎围岩隧道的模拟试验研究[D];浙江大学;2004年
4 单炜;异形截面斜拉桥索塔锚固区节段受力性能研究[D];东北林业大学;2005年
5 卢海林;预应力混凝土曲线箱型梁剪力滞效应理论分析与试验研究[D];天津大学;2007年
6 郑筱彦;压力分散型锚索加固边坡效应研究[D];武汉理工大学;2009年
7 朱彤;结构动力模型相似问题及结构动力试验技术研究[D];大连理工大学;2004年
8 刘洁;冲击式水轮机内部流动数值模拟及性能研究[D];华中科技大学;2005年
9 吴文清;波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应问题研究[D];东南大学;2002年
10 肖鹏飞;油气藏潮汐重力勘探研究[D];吉林大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 解学参;吊舱推进器的水动力性能研究[D];哈尔滨工程大学;2008年
2 魏龙海;三维离散单元法及其在城市管道工程中的应用[D];西南交通大学;2005年
3 孟勇;大型上承式桁架拱渡槽的模型试验及三维有限元分析[D];武汉大学;2005年
4 刘海燕;隧道开挖对地面建筑结构的影响研究[D];安徽理工大学;2005年
5 何立明;桩—土—承台非线性共同作用模型试验与数值分析[D];南京工业大学;2004年
6 苏红星;管式加热炉旋流场燃烧节能新技术研究与工业应用[D];华中科技大学;2005年
7 朱小军;长短桩组合桩基础模型试验及承载性能研究[D];同济大学;2006年
8 胡杰;青铜峡水电站尾水管中墩改造结构模型试验与计算研究[D];天津大学;2004年
9 熊刚;独塔无背索斜拉桥主梁受载性能研究[D];天津大学;2005年
10 刘刚;透水框架体水流特性及护岸应用试验研究[D];河海大学;2006年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 范颖华 通讯员 李之政;国家体育馆“模型试验”成功[N];华夏时报;2006年
2 本报记者;推进黄河口模型试验基地建设[N];东营日报;2006年
3 记者 陈佳南;为“南海一号”出水保驾[N];中国船舶报;2008年
4 原小利;黄委切实加快黄河河口模型试验基地建设步伐[N];黄河报;2006年
5 记者 林英 通讯员 何春权;我国核电厂第三代安全壳模型试验获得成功[N];光明日报;2000年
6 张银炎 徐春阳;七○八所船模试验量多质优[N];中国船舶报;2006年
7 刘丕建;黄河口物理模型基地建设初战告捷[N];黄河报;2007年
8 本报记者 石黎星;乐昌峡流激振动模型试验完成审查[N];韶关日报;2010年
9 本报记者 由庆祝 通讯员 孙世岩;哈电机瞄准世界科技前沿亮剑[N];中国工业报;2006年
10 时明立 姚文艺;建设黄土高原土壤侵蚀实体模型的要求分析[N];黄河报;2005年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978