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吊舱推进器的水动力性能研究

解学参  
【摘要】: 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。在该工程背景下,本文以POD推进器为研究对象,运用数值计算的方法,开展了POD推进器水动力性能的数值计算方法研究。 针对拖式、推式这两种POD推进器形式,应用势流理论面元法,建立了POD推进器定常水动力性能的数值计算方法并编制了相应的FORTRAN程序。其中,螺旋桨桨叶采用升力体的面元法计算,吊舱舱体及支架采用无升力体的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。 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,两者吻合良好。对拖式、推式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。计算了吊舱和支架的诱导速度,结果显示在支架的正前方存在一高伴流区,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。 针对某型拖式吊舱推进器,计算分析了该推进器附加一个和两个鳍时的定常水动力性能,并与普通拖式吊舱推进器的定常水动力性能进行了比较,由比较结果可知,不论附加单鳍还是双鳍,均会使螺旋桨的水动力性能产生一定的提高,桨叶载荷增加。由单鳍与双鳍的比较可得,双鳍使螺旋桨的推力及效率提高的幅度更大,双鳍吊舱推进器中螺旋桨桨叶的载荷也比单鳍时高。 计算分析了附加单鳍和双鳍时的舱体和支架的绕流场,由计算结果可以看出,加入鳍后,不光在支架的正前方存在高伴流区,而且在鳍的正前方同样会有高伴流区。同时对于双鳍舱体而言,两鳍之间的安装角越小,对该处水流的阻碍作用就越明显。对于切向及径向伴流,鳍同样产生一定的影响。 计算了吊舱推进器的非定常水动力性能。分别计算了均匀来流时与船尾伴流中的吊舱推进器的水动力性能,分析了船尾对吊舱推进器水动力性能的影响。


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