全回轉(zhuǎn)推進器的水動力性能研究.pdf

1、全回轉(zhuǎn)推進器可以繞軸線作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、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)推進器可使船舶艉部形狀簡化，減少船舶阻力，并且在推進器發(fā)生故障時可以將整機從機艙吊出而不需要進塢，使維修工作大大簡化，增加了柴油機的使用壽命。該新型推進器適合于各種工程船舶，例如拖輪、頂輪、浮動起重船、挖泥船、渡輪、作業(yè)用平底船等，具有廣闊的市場應(yīng)用前景和軍事意義。 本文以全回

2、轉(zhuǎn)推進器為研究對象，運用數(shù)值計算和模型試驗這兩種方法，開展了全回轉(zhuǎn)推進器水動力性能的數(shù)值計算方法研究，計算了全回轉(zhuǎn)推進器的定常和非定常水動力性能、進行了全回轉(zhuǎn)推進器的水動力性能的試驗研究，對全回轉(zhuǎn)推進器的水動力性能進行了系統(tǒng)的理論和試驗研究。 以目前存在的拖式、推式和雙槳式等三種全回轉(zhuǎn)推進器，應(yīng)用面元法理論，建立了全回轉(zhuǎn)推進器定常和非定常水動力性能的數(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、用無升力體的Hess—Smith方法，二者之間的影響通過迭代計算來處理。 分別計算了拖式、推式及雙槳式全回轉(zhuǎn)推進器的定常水動力性能并與試驗結(jié)果進行了比較，二者吻合良好，驗證了本文建立的數(shù)值計算方法的有效性和精度。在此基礎(chǔ)上，計算并分析了艙體對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)生一個高伴流區(qū)。

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

5、ENT和全回轉(zhuǎn)推進器的定常性能數(shù)值計算方法研究了船尾伴流中的全回轉(zhuǎn)推進器的定常水動力性能。通過FLUENT模擬得到槳盤面處的船體伴流，進行周向平均后作為全回轉(zhuǎn)推進器的來流。與無伴流的情況進行推力、扭矩、效率三者的對比分析，通過比較得知，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。 對全回轉(zhuǎn)推進器進行了模型試驗研究，通過模型試驗，預(yù)報了船舶的舫行性能，判斷船、機、槳的匹配情況及航速

6、是否達到設(shè)計指標；通過脈動壓力、空泡試驗和噪聲試驗，獲得主推螺旋槳在正常航行時的空泡特性、誘導(dǎo)的船尾脈動壓力和噪聲級，判斷船體表面脈動壓力符合設(shè)計要求。完成了全回轉(zhuǎn)推進單元裝置的敞水試驗。裝有全回轉(zhuǎn)推進器模型自航試驗，在舵槳優(yōu)化角下，完成吃水狀態(tài)全附體模型自航試驗，確定船槳相互作用參數(shù)。完成船后伴流場測試，對應(yīng)實船設(shè)計航速(18kn)，完成優(yōu)化船型船后槳盤面處三維伴流場測試。實船航速預(yù)報，根據(jù)模型試驗結(jié)果，預(yù)報實船航速及船、機、槳的匹配

7、情況。正常航行時主推螺旋槳模型空泡試驗 對某型全回轉(zhuǎn)推進器進行了模型試驗，得到了該推進器的敞水性能，推進器在不同偏轉(zhuǎn)角條件下的水動力性能，測量了船左側(cè)的螺旋槳在船模正航、右偏航一定角度時作的±180度和±90度回轉(zhuǎn)時的性能。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)推進器非定常性能的數(shù)值計算方法，計算了在均勻來流中的全回轉(zhuǎn)推進器的非定常水動力性能，計算得艙體的實效伴流和標稱伴流分布，討論了在兩種伴流條件下的全回