L型吊舱推进器敞水性能试验研究
发布时间：2020-12-21 21:28
当代船舶对推进器的要求越来越高,尤其是特种船舶,如邮轮,破冰船等。为了满足船舶的要求,研发出各种各样的推进器,吊舱推进器作为一种特种推进器应运而生。我国研究机构也非常重视吊舱推进器相关技术的开发,但是由于技术的封锁以及我国对吊舱推进器的开发时间较晚,与世界上先进国家相比,我国对于吊舱推进器研究与开发的技术还很落后。为了解决这种现状,首先要设计出一套成熟的吊舱推进器水动力性能试验方法,水动力性能试验方法包括吊舱推进器的敞水试验,由吊舱推进器模型外推实尺度吊舱推进器的水动力性能以及将吊舱推进器作为推进系统的船舶自航试验。我国也进行了一些类型的吊舱推进器敞水试验,但是研究L型吊舱推进器敞水性能的试验研究非常少,对于支架与舱体夹角为60度的吊舱推进器研究就更少,针对国内研究的情况,本文将3D打印技术应用于吊舱推进器外壳的制作,运用自主研发设计的吊舱推进器敞水动力仪,PIV精细流场测量装置以及CFD数值仿真技术对吊舱推进器敞水性能进行研究。本文在设计吊舱推进器敞水动力仪以及其他设备时充分考虑ITTC规程,均是在满足ITTC规程的前提下进行设计与加工。使用敞水动力仪对L型吊舱推进器进行相关的敞水试...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
吊舱推进器结构
运用传统敞水动力仪就可以实现，L型吊舱推进器常规水动力性能试验包括直航，斜航以及操舵的水动力性能试验。本研究根据L型吊舱推进器的形式，ITTC规程以及试验中要求的工况，自主设计一套L型吊舱推进器敞水动力仪。该动力仪主要包括三个部分，操舵装置，偏转角测量装置，吊舱单元测量天平。该敞水动力仪不仅能够进行L型吊舱推进器斜航试验，而且能够进行L型吊舱推进器操舵试验。在进行操舵试验时，能够控制L型吊舱推进器的操舵速率。如图2.1所示为本研究所用的L型吊舱推进器操舵装置。操舵所用电机传动机构及角度传感器图2.1L型吊舱推进器操舵装置2.2.2L型吊舱推进器外壳因为吊舱推进器模型的尺寸小，舱体表面曲率大，壳体内部的轴承支座以及走线孔的布置非常复杂，运用传统的机械方法特别难以实现，并且支架与舱体进行焊接时，还会出现形变，从而难以保证舱体与支架角度的精准。本试验运用3D打印技术来对舱体的外壳进行加工，但是3D打印的材料强度不能满足试验的要求，所以在3D打印的外壳上糊上玻璃钢来加强3D打印壳体的强度。环氧树脂与固化剂的比例影响着玻璃钢的脆性与强度，经过多次试验，最后选定质量比为4:1.5的剂量。3D打印之前考虑到玻璃纤维布与玻璃钢胶都会有厚度，如果3D打印的壳体按照1:1的比例进行打印，最后的试验模型与设计的模型存在很大的误差，根据经验，，每层玻璃钢的厚度为0.5mm,在设计3D打印的壳体时，就将玻璃钢的厚度与后来进行处理时的余量计算出来，以便最后得到与设计模型一样的尺寸。糊完玻璃钢后对舱体表面进行光滑处理，通常是在玻璃钢表面抹上原子灰，然后进行打磨处理，打磨3遍之后，舱体表面的光滑度达到要求。最后在外壳表面喷涂漆料。经过玻璃钢蒙皮12
之后的L型吊舱推进器外壳以及L型吊舱推进器内部结构如图2.2所示。3D打印外壳3D打印内部结构图图2.2L型吊舱推进器3D打印壳体2.2.3传动轴系本试验中吊舱推进器舱体与支架之间的夹角为60度，夹角处采用的传动机构为传动角度为60度的斜齿轮，斜齿轮属于非标准件，所以本试验中采用的机械齿轮为自行设计的齿轮，齿轮模型原型设计采用标准齿轮为基准进行修改，其中60度齿轮齿面强度及面积需特殊计算处理，表2.1为设计齿轮的基本参数。设计完成之后交付非标齿轮厂进行加工，为了保证齿轮的强度以及齿轮表面光滑度，加工过程中进行表面淬火，电镀层处理。斜齿轮与轴系之间的组合完成L型吊舱推进器传动的主体结构。表2.1传动齿轮基本参数名称参数模数M2传动比1:1齿数20齿轮角度60°2.2.4驱动电机的选择本研究在进行试验之前，首先建立三维模型并进行数值模拟计算，根据计算的结果以及轴系传动过程中的损耗来选择电机的型号。最后本研究中选择电机的额定功率为3000W，最高转速为1200r/min,电机能够提供7NM的扭矩。2.2.5测量装置的选择本本研究的测量天平分为两部分进行测量，其中一个天平测量L型吊舱推进器螺旋桨的推力与扭矩，另一个天平为三分力天平，用来测量L型吊舱推进器整体的推力，侧向力以及操舵力矩。两部分测量天平均是根据数值计算的结果来选定测量天平的量程。测量螺哈尔滨工程大学硕士学位论文13
【参考文献】：
期刊论文
[1]大型循环水槽吊舱推进器空泡性能试验研究[J]. 黄红波,吴颖昕,王建芳,樊晓冰. 船舶力学. 2017(04)
[2]全回转推进器多偏转角工况水动力性能研究[J]. 张文璨,董国祥,陈伟民. 上海船舶运输科学研究所学报. 2017(01)
[3]混合式CRP-POD推进系统操船工况水动力性能研究[J]. 任海奎,陈霞萍,陈昌运. 中国造船. 2017(01)
[4]装备吊舱式电力推进器邮船标准操纵用语[J]. 蔡斌,蔡飞飞. 中国航海. 2017(01)
[5]舵角工况下吊舱推进器性能试验研究[J]. 沈兴荣,孙群,卫燕清,吴永顺,王海波. 中国造船. 2016(03)
[6]推进器水动力性能数值预报自动化平台PreFluP开发[J]. 刘登成,韦喜忠,洪方文,唐登海. 船舶力学. 2016(07)
[7]吊舱推进器的发展趋势及关键技术分析[J]. 韩旗. 机电设备. 2016(03)
[8]基于CFD预报双桨式吊舱推进器水动力性能[J]. 祝志超,熊鹰. 舰船科学技术. 2016(05)
[9]直航和回转工况下吊舱推进器水动力性能数值计算方法研究[J]. 王展智,熊鹰,孙海涛,王睿. 推进技术. 2016(03)
[10]主要设计参数对混合式CRP推进器敞水性能的影响[J]. 王展智,熊鹰,王睿. 哈尔滨工程大学学报. 2016(01)
博士论文
[1]船舶吊舱推进电机无模型自适应矢量控制策略研究[D]. 姚文龙.大连海事大学 2015
[2]吊舱推进器推进及空泡性能的数值模拟[D]. 解学参.哈尔滨工程大学 2009
硕士论文
[1]吊舱回转液压系统的设计与仿真研究[D]. 黄喆.大连海事大学 2015
[2]船舶吊舱式电力推进系统船机桨匹配研究[D]. 秦业志.集美大学 2015
[3]吊舱推进器敞水推进性能研究[D]. 邢健.大连理工大学 2014
[4]混合式CRP吊舱推进器的水动力性能研究[D]. 汪小翔.哈尔滨工程大学 2013
[5]吊舱推进器水动力性能数值研究[D]. 董小倩.上海交通大学 2013
[6]IMP推进器导管优化及桨叶强度校核方法研究[D]. 郭婷.武汉理工大学 2012
[7]吊舱电力推进交流传动系统的设计[D]. 郑晖.武汉理工大学 2011
[8]三维PIV系统的双目融合技术研究[D]. 马乐.大连理工大学 2009
[9]船尾伴流对吊舱推进器水动力性能的影响[D]. 丁帼岚.哈尔滨工程大学 2007
[10]吊舱电力推进装置及其螺旋桨设计研究[D]. 张庆文.大连理工大学 2006
本文编号：2930536
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
吊舱推进器结构
运用传统敞水动力仪就可以实现，L型吊舱推进器常规水动力性能试验包括直航，斜航以及操舵的水动力性能试验。本研究根据L型吊舱推进器的形式，ITTC规程以及试验中要求的工况，自主设计一套L型吊舱推进器敞水动力仪。该动力仪主要包括三个部分，操舵装置，偏转角测量装置，吊舱单元测量天平。该敞水动力仪不仅能够进行L型吊舱推进器斜航试验，而且能够进行L型吊舱推进器操舵试验。在进行操舵试验时，能够控制L型吊舱推进器的操舵速率。如图2.1所示为本研究所用的L型吊舱推进器操舵装置。操舵所用电机传动机构及角度传感器图2.1L型吊舱推进器操舵装置2.2.2L型吊舱推进器外壳因为吊舱推进器模型的尺寸小，舱体表面曲率大，壳体内部的轴承支座以及走线孔的布置非常复杂，运用传统的机械方法特别难以实现，并且支架与舱体进行焊接时，还会出现形变，从而难以保证舱体与支架角度的精准。本试验运用3D打印技术来对舱体的外壳进行加工，但是3D打印的材料强度不能满足试验的要求，所以在3D打印的外壳上糊上玻璃钢来加强3D打印壳体的强度。环氧树脂与固化剂的比例影响着玻璃钢的脆性与强度，经过多次试验，最后选定质量比为4:1.5的剂量。3D打印之前考虑到玻璃纤维布与玻璃钢胶都会有厚度，如果3D打印的壳体按照1:1的比例进行打印，最后的试验模型与设计的模型存在很大的误差，根据经验，，每层玻璃钢的厚度为0.5mm,在设计3D打印的壳体时，就将玻璃钢的厚度与后来进行处理时的余量计算出来，以便最后得到与设计模型一样的尺寸。糊完玻璃钢后对舱体表面进行光滑处理，通常是在玻璃钢表面抹上原子灰，然后进行打磨处理，打磨3遍之后，舱体表面的光滑度达到要求。最后在外壳表面喷涂漆料。经过玻璃钢蒙皮12
之后的L型吊舱推进器外壳以及L型吊舱推进器内部结构如图2.2所示。3D打印外壳3D打印内部结构图图2.2L型吊舱推进器3D打印壳体2.2.3传动轴系本试验中吊舱推进器舱体与支架之间的夹角为60度，夹角处采用的传动机构为传动角度为60度的斜齿轮，斜齿轮属于非标准件，所以本试验中采用的机械齿轮为自行设计的齿轮，齿轮模型原型设计采用标准齿轮为基准进行修改，其中60度齿轮齿面强度及面积需特殊计算处理，表2.1为设计齿轮的基本参数。设计完成之后交付非标齿轮厂进行加工，为了保证齿轮的强度以及齿轮表面光滑度，加工过程中进行表面淬火，电镀层处理。斜齿轮与轴系之间的组合完成L型吊舱推进器传动的主体结构。表2.1传动齿轮基本参数名称参数模数M2传动比1:1齿数20齿轮角度60°2.2.4驱动电机的选择本研究在进行试验之前，首先建立三维模型并进行数值模拟计算，根据计算的结果以及轴系传动过程中的损耗来选择电机的型号。最后本研究中选择电机的额定功率为3000W，最高转速为1200r/min,电机能够提供7NM的扭矩。2.2.5测量装置的选择本本研究的测量天平分为两部分进行测量，其中一个天平测量L型吊舱推进器螺旋桨的推力与扭矩，另一个天平为三分力天平，用来测量L型吊舱推进器整体的推力，侧向力以及操舵力矩。两部分测量天平均是根据数值计算的结果来选定测量天平的量程。测量螺哈尔滨工程大学硕士学位论文13
【参考文献】：
期刊论文
[1]大型循环水槽吊舱推进器空泡性能试验研究[J]. 黄红波,吴颖昕,王建芳,樊晓冰. 船舶力学. 2017(04)
[2]全回转推进器多偏转角工况水动力性能研究[J]. 张文璨,董国祥,陈伟民. 上海船舶运输科学研究所学报. 2017(01)
[3]混合式CRP-POD推进系统操船工况水动力性能研究[J]. 任海奎,陈霞萍,陈昌运. 中国造船. 2017(01)
[4]装备吊舱式电力推进器邮船标准操纵用语[J]. 蔡斌,蔡飞飞. 中国航海. 2017(01)
[5]舵角工况下吊舱推进器性能试验研究[J]. 沈兴荣,孙群,卫燕清,吴永顺,王海波. 中国造船. 2016(03)
[6]推进器水动力性能数值预报自动化平台PreFluP开发[J]. 刘登成,韦喜忠,洪方文,唐登海. 船舶力学. 2016(07)
[7]吊舱推进器的发展趋势及关键技术分析[J]. 韩旗. 机电设备. 2016(03)
[8]基于CFD预报双桨式吊舱推进器水动力性能[J]. 祝志超,熊鹰. 舰船科学技术. 2016(05)
[9]直航和回转工况下吊舱推进器水动力性能数值计算方法研究[J]. 王展智,熊鹰,孙海涛,王睿. 推进技术. 2016(03)
[10]主要设计参数对混合式CRP推进器敞水性能的影响[J]. 王展智,熊鹰,王睿. 哈尔滨工程大学学报. 2016(01)
博士论文
[1]船舶吊舱推进电机无模型自适应矢量控制策略研究[D]. 姚文龙.大连海事大学 2015
[2]吊舱推进器推进及空泡性能的数值模拟[D]. 解学参.哈尔滨工程大学 2009
硕士论文
[1]吊舱回转液压系统的设计与仿真研究[D]. 黄喆.大连海事大学 2015
[2]船舶吊舱式电力推进系统船机桨匹配研究[D]. 秦业志.集美大学 2015
[3]吊舱推进器敞水推进性能研究[D]. 邢健.大连理工大学 2014
[4]混合式CRP吊舱推进器的水动力性能研究[D]. 汪小翔.哈尔滨工程大学 2013
[5]吊舱推进器水动力性能数值研究[D]. 董小倩.上海交通大学 2013
[6]IMP推进器导管优化及桨叶强度校核方法研究[D]. 郭婷.武汉理工大学 2012
[7]吊舱电力推进交流传动系统的设计[D]. 郑晖.武汉理工大学 2011
[8]三维PIV系统的双目融合技术研究[D]. 马乐.大连理工大学 2009
[9]船尾伴流对吊舱推进器水动力性能的影响[D]. 丁帼岚.哈尔滨工程大学 2007
[10]吊舱电力推进装置及其螺旋桨设计研究[D]. 张庆文.大连理工大学 2006
本文编号：2930536
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