四槳兩舵船舶螺旋槳不同工況下水動(dòng)力性能及船體操縱性研究.pdf

1、近年來(lái)，各國(guó)都積極投入對(duì)操縱運(yùn)動(dòng)船舶水動(dòng)力性能的研究，目的在于不斷提高船舶操縱性預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)真正意義上的對(duì)船舶運(yùn)動(dòng)的仿真模擬。船舶的水動(dòng)力性能研究計(jì)算對(duì)準(zhǔn)確預(yù)報(bào)船舶的操縱性能起著至關(guān)重要的作用。 本文運(yùn)用CFD軟件計(jì)算了螺旋槳的敞水性能，得出了不同進(jìn)速系數(shù)下螺旋槳的推力系數(shù)KT，扭矩系數(shù)KQ，并與試驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明CFD計(jì)算敞水螺旋槳的水動(dòng)力性能是可行的。 分別利用FLUENT和卡耳瑪科夫兩種計(jì)算方法，計(jì)算了

2、敞水中螺旋槳被鎖定時(shí)的水動(dòng)力性能。得出不同進(jìn)速下螺旋槳鎖定時(shí)的阻力分布以及橫向力分布。運(yùn)用剛體轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定性的原理，計(jì)算了敞水條件下螺旋槳自由旋轉(zhuǎn)時(shí)的水動(dòng)力性能。給出了不同進(jìn)速下螺旋槳受到的阻力值以及臨界轉(zhuǎn)速。計(jì)算結(jié)果表明隨著進(jìn)速V的增大，自由旋轉(zhuǎn)的螺旋槳達(dá)到臨界狀態(tài)時(shí)的轉(zhuǎn)速N也不斷增加。同時(shí)臨界軸向力逐漸增加并表現(xiàn)為阻力，螺旋槳旋轉(zhuǎn)方向與正常槳一致。計(jì)算了考慮船尾伴流影響后內(nèi)槳鎖定或外槳鎖定，以及內(nèi)槳自由旋轉(zhuǎn)或外槳自由旋轉(zhuǎn)時(shí)所受到的作用力

3、。比較了FLUENT和卡耳瑪科夫兩種方法的計(jì)算結(jié)果。 本文利用標(biāo)準(zhǔn)K—ε湍流模型計(jì)算了具有自由表面的粘性繞流場(chǎng)。計(jì)算不同航速下的船舶所受的阻力值，并與試驗(yàn)值比較，通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)：在低速時(shí)，計(jì)算值比試驗(yàn)值要大，而在高速時(shí)CFD計(jì)算值偏小。但總的來(lái)說(shuō)兩者差別不大。計(jì)算阻力曲線和試驗(yàn)阻力曲線的變化趨勢(shì)基本一致，能較好地反映出船體的阻力性能。驗(yàn)證了CFD模擬帶自由液面船體的粘性流場(chǎng)是可行的。 在前一章的基礎(chǔ)上進(jìn)一步探討了船體周圍以

4、及螺旋槳內(nèi)槳及外槳盤(pán)面處的伴流分布，模擬了船體尾部槳盤(pán)面處的伴流場(chǎng)。分別計(jì)算了裸船體和附體船槳盤(pán)面處的三向速度比隨角度變化的分布情況；計(jì)算了三向平均速度比沿徑向的分布情況。計(jì)算了平均軸向，切向以及徑向速度比隨Fr數(shù)的變化情況，發(fā)現(xiàn)隨著Fr的增大，船舶內(nèi)外槳盤(pán)面處的平均軸向速度比增加。說(shuō)明航速V的變化對(duì)船尾伴流分布是有影響的。 建立了船舶操縱性運(yùn)動(dòng)模型。建模時(shí)，分別考慮了作用在船體，槳，舵上的力和力矩以及三者之間的相互干涉。利用前