喷水推进操舵倒航机构水动力性能数值预报研究

发布时间：2020-04-11 11:26

【摘要】：近十几年来,喷水推进装置以其推进效率高、操纵性能好、振动噪声小等优点,被广泛应用于各种高性能船舶。操舵倒航机构作为喷水推进系统的操纵装置,其水动力性能的优劣关系到整个喷水推进系统的性能好坏,设计不当反而会损害船舶的快速性与操纵性。因此,预报研究喷水推进操舵倒航机构的水动力性能,对保障所设计喷水推进系统的优良性能,乃至对喷水推进技术的完善和发展都非常重要。本学位论文对喷水推进操舵倒航机构的水动力性能进行数值研究。论文总结了国内外现有的典型喷水推进操舵倒航机构及各自的优缺点与应用范围,介绍了用于数值研究的CFD基本理论和方法;采用动量理论对操舵倒航机构进行水动力分析,对目前常用的两种倒航装置给出了其倒航推力的计算公式。论文对一种平进口式喷水推进器进水流道建立数值模型,应用CFD软件Fluent对直航、倒航和斜航等三种航行状态下喷水推进器流道内的三维粘性流动进行了数值模拟,分析了操舵倒航机构对喷水推进器水动力性能的影响。直航条件下的计算结果与试验数据相比吻合良好,验证了数值模型和数值方法的有效性。在此基础上,论文从流场的压力分布、速度分布和有无转轴等方面比较和分析了不同航行状态对流场特征的影响。结果表明,倒航和斜航状态下流道内的流场更不均匀,压力更低,更易发生空化和流动分离现象。本文的研究结果可为喷水推进操舵倒航机构的设计与改进提供一定的参考。
【图文】：

喷水推进器

四种典型喷水推进器操舵倒航机构进行介绍。3.2.1 蝶形倒航装置William Hamilton在1954年成功研制出Hamilton喷水推进器，如图3-4所示。此后，新西兰的 Hamilton Jet 公司不断改进和研发喷水推进装置，奠定了其在喷水推进技术研究和应用方面的领先地位。如今，Hamilton Jet 公司的主要产品 HJ 系列、HM 系列和 HT 系列喷水推进装置，凭借其优异的可靠性和操纵性等成为了高性能船舶的最佳选择。其中 HJ 系列喷水推进器动力范围是 260-900 千瓦，能够推进最高时速 50 节、最大长度 20 米的船舶。HM 系列的喷水推进器可用于恶劣海况环境中高速航行的船舶，其 3500 千瓦的动力可以驱动 20-60 米长度的船舶达到 50 节航速。HT 系列喷水推进器代表着未来喷水推进技术的革新，采用混流式喷水推进泵

喷水推进器,操舵

图 3-4 首款 Hamilton 喷水推进器“Quinnat”Fig. 3-4 First type of Hamilton Waterjet named “Quinnat”Hamilton Jet 公司的操舵倒航机构如图 3-5 所示，，在分类上应该属于外部导放斗型式，向两舷反折喷口喷出的高速水流。由图可以看到，该操舵倒航机挥舵效的是接在喷口后的导流扉，通过偏转来改变喷流的转向。该操舵倒航的倒车斗铰支点位于推进泵轴线之下，做倒航运动时，通过液压油缸推动操使倒车斗掩盖喷口后，喷出的水流就在倒车斗内被重新分配方向，朝船首向喷出。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U664.34

【参考文献】