吊舱式对转桨的水动力性能研究

发布时间：2020-07-28 07:51

【摘要】：螺旋桨是当代船舶工业中应用最为普遍的推进器之一,在船舶推进方面有着重要的作用。对转螺旋桨作为特种推进器的一种,以其节能高效的优势,在工程中被广泛应用。随着集成电气的发展,吊舱式推进器推出,ABB公司将其与对转桨结合起来,吊舱式对转桨应运而生。它既有对转桨合理利用能量的优势,又有吊舱推进器布置灵活,可实现全回转的优点,受到工程界的广泛关注。该推进器在第27届ITTC会议上被统一命名为Hybrid Contra-Rotating Shaft Pod(HCRSP)。本文以吊舱式对转桨为研究对象,对其水动力性能影响因素进行了探究,具体如下:(1)在STAR-CCM+中对吊舱式对转桨进行数值模拟计算,将得到的结果与试验数据进行对比,以验证CFD方法的可靠性。在此基础上,变换前、后桨间距,计算其敞水性能。通过对比分析可知:随着两桨间距的增大,后桨对前桨尾流的利用率降低,吊舱式对转桨的敞水效率也逐渐降低,且随着间距增大,降低速度变缓。在实际应用中,在保证吊舱式对转桨回转性能的基础上,应尽量减小两桨间距,发挥其优势。(2)以优选间距下的吊舱式对转桨为基础,研究前桨、后桨的纵斜角分别为5°、10°时,其水动力性能的变化规律。通过CFD方法进行数值计算,将结果与无纵斜的HCRSP性能对比分析发现:前桨纵斜主要对前桨的推力产生影响,且纵斜5°和10°下的水动力性能未有明显差别;后桨纵斜5°、10°对前、后桨的推力和扭矩都有影响,且纵斜5°下,后桨的推力和扭矩对整体性能有决定性影响。此外,后桨纵斜5°下的性能优于纵斜10°下的性能。将组合纵斜方式优选为前、后桨均纵斜5°,数值计算其敞水性能,进行对比分析可知:两桨纵斜5°下的水动力性能与后桨纵斜5°下的性能较为相似,说明后桨纵斜对HCRSP性能的影响大于前桨纵斜。并且,不论是单桨纵斜还是组合纵斜,都使敞水效率在J1.0时降低,在J1.0时提高,并且使最高效率点后移,因此,纵斜有利于高进速下的 HCRSP。(3)以两桨无纵斜、两桨纵斜5°下的HCRSP为研究对象,对其在J=1.1,舵角为-20°～20°下的水动力性能进行计算,分析结果得出:随着偏转角的增大,吊舱及后桨的横向偏转力逐渐变大,而轴向上的推力逐渐减小,甚至出现负值。因此,随偏转角的增大,吊舱式对转桨的敞水效率降低,并且两桨纵斜5°下的敞水效率在各个偏转角度下,均优于两桨无纵斜的敞水效率。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U664.33

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本文编号：2772573