【doc】吊舱推进器螺旋桨的敞水性能数值图谱

【doc】吊舱推进器螺旋桨的敞水性能数值图谱 吊舱推进器螺旋桨的敞水性能数值图谱 第36卷第4期 2007年8月 船海工程 SHIP&OCEANENGINEERING Vo1.36No.4 Aug.2007 文章编号:1B71—7953(2007)04—0038—05 吊舱推进器螺旋桨的敞水性能数值图谱 于得会,王言英 (大连理工大学船舶工程学院,辽宁大连116024) 摘要:基于MAU型螺旋桨图谱,应用升力面理论涡格法计算系列大毂径MAU型螺旋桨敞水特性,以 单元函数法将敞水性能表达成为毂径比和进速系数的函数,通过二元多项式插值法将MAU型螺旋桨敞水特 性拓展到包括大毂径比的POD螺旋桨的敞水性能曲线. 关键词:螺旋桨;吊舱螺旋桨;涡格法;螺旋桨图谱;螺旋桨敞水特性 中图分类号:U664.33文献标识码:A PODPropulsorandtheNumericalChartof PropellerofOpenWaterCharacteristics YUDe-hui,WANGYan-ying (SohoolofNavalArchitecture,DalianUniversityofTechnology,Dalian116024,China) Abstract:BasedonthepropellerchartoftheMAUpropeller,theopenwatercharacteristicsfor aseriesof propellerswithunconventionalratioofhubarecalculatedbyusingtheliftsurfacevortexlattic emethodand thentheopenwatercharacteristicsareexpressedasafunctionofhubdiameterratioandadvanc ecoefficient.By themultipleregressionanalysis,theopenwatercharacteristicsofPODpropellerswithlargeh ubdiameterratio canbedeterminedwiththeresultsobtainedinthispaper. Keywords:PODpropeller;vortexlatticemethodlpropellerchart;openwatercharacteristics ofpropeller 2O世纪9O年代出现的POD推进器已在各 类船舶上有了广泛的应用.同传统的螺旋桨推进 方式相比,采用POD推进器可以省去推进轴系, 舵与侧推器,可以抑制螺旋桨空泡,船尾振动与水 下辐射噪声,可以提高推进效率与实现全船全寿 命节能,为船舶设计,制造及维护提供了诸多改进 的空间?. 近年来国内外对POD推进器的关注日益增 加.国外HSVA及MARINE已经进行了POD 推进器水动力性能等的测试和分析方法研究;国 内对POD推进器的研究也给予了极大的关注,在 模型试验,工程设计以及实船应用方面开展了许 多研究j. 文献[3]提出借助于已知的POD桨的敞水特 性和应用螺旋桨图谱,保持盘面比不变改变螺距 比,通过迭代计算得到等效的常规螺旋桨.根据 38 收稿日期:2007—02—05 修回日期:2007—03—19 作者简介:于得会(1981一),男,硕士生. 这一计算得到的毂径比同螺距比的关系,对应用 螺旋桨图谱设计的常规螺旋桨的敞水特性予以修 正,估算得到所需要的POD桨的敞水特性. 本文在常规螺旋桨图谱基础上,应用螺旋桨 升力面理论计算得到不同毂径比螺旋桨的敞水特 性子样,直接将该图谱拓展到POD螺旋桨应用的 范围. 1螺旋桨升力面理论 应用升力面理论涡格法计算螺旋桨,首先须 对螺旋桨几何形状给予数学表达. 螺旋桨由布置于桨叶拱弧面上及尾流中的奇 点系来代替,其中附着涡系和自由涡系模拟升力, 源汇系模拟桨叶厚度影响.数值计算中,奇点系 离散为线元;附着涡元为强度未知,沿桨叶展向布 置;叶片区及尾流区的自由涡元沿弦向布置,强度 依赖于对应的附着涡强度;源汇单元的强度根据 线型化理论由剖面厚度分布及相对来流速度确 定.在桨叶区涡格的适当位置布置控制点,通过 满足物面条件,建立附着涡强度的线性方程组,求 吊舱推进器螺旋桨的敞水性能数值图谱——于得会,王言英 解便可以得到桨叶的载荷分布,并计算出水动力. 粘性力根据经验选取的剖面粘性阻力系数计算. 布置涡格时展向采用等间距划分,弦向采用 等间距划分方法,将各弦向线上同一弦长百分数 位置连成展向线.这样可以将桨叶拱弧面离散为 若干四边形单元,控制点布置于涡格的中心,从而 得到控制点坐标. 通过在所有控制点处满足流体不可穿透的 边界条件,可以得到关于附着环量的线性方程 组. 对螺旋桨尾涡模型采用克尔文给出的建模方 法[.为简化计算,对尾涡变形进行简化处理]. 计算螺旋桨定常水动力Kutta—Joukowsky 力,Lagally力以及粘性阻力等,从而可以计算得 到作用于螺旋桨上面的推力丁,转矩Q,最后求得 定常情况下所设计系列螺旋桨的推力系数KT, 转矩系数KQ和敞水效率叼.. 2系列MAU螺旋桨敞水性能计算 考虑到目前尚缺少吊舱推进器螺旋桨敞水特 性图谱可利用,采用升力面理论涡格法计算系列 大毂径螺旋桨敞水特性,以拓展常规螺旋桨敞水 特性图谱,是计算吊舱推进器螺旋桨敞水特性的 一 种途径. MAU图谱是基于模型试验结果绘制成B 型图谱.首先应用升力面涡格法计算了一批 四叶MAU螺旋桨敞水性能,对盘面比,螺距比 和毂径比各选取3水平,一共27个桨,具体要素 见表1. 表1计算螺旋桨要素 在计算过程中,由于增大毂径比螺旋桨的盘 面积将减小.为保证增大毂径比的同时盘面比不 发生改变,通过等比例增大螺旋桨对应半径处的 叶宽实现.计算得出毂径比为0.25和0.30的桨 叶宽度扩宽比例分别为1.0745和1.1413.应 用最小二乘法可以得到桨叶最大宽度扩宽比例尼 随毂径比d/D变化的公式如下: j2j 尼一2?256()+0?0942()+0.9O99(1) 于是,在螺旋桨毂径比增大时,为保持桨叶面 积其桨叶最大宽度增大了尼倍.将桨叶的毂径比 作为一个变量代人到桨叶的最大叶宽公式,得到 包括本文计算的所有的MAU系列螺旋桨的最大 桨叶叶宽公式为: R一0.226D2.256()+ 0.0942(茜)+0.9099l(2 式中:GE——螺旋桨盘面比; Z——螺旋桨桨叶数. 为验证本文升力面理论算法的准确性,选取 常规毂径比,四叶MAU螺旋桨进行了敞水性能 的计算,并与图谱的试验回归结果进行了比较,见 图1,2. 图1计算结果与试验值的比较(=..40,P=0.9) 图2计算结果与试验值的比较(=..55,P=1.) 可以看出,本文所应用的基于升力面理论方 法预报MAU型螺旋桨的敞水性能理论计算值与 试验值吻合十分良好. 39 吊舱推进器螺旋桨的敞水性能数值图谱——于得会,王言英 3吊舱推进器螺旋桨敞水性能估算 为得到任意毂径比的MAU型POD螺旋桨 敞水特性,采用船体型线设计中的单位曲线函数 法的思想引,认为敞水特性中的推力系数,转矩系 数和螺旋桨的敞水曲线是一组按照一定规律的无 限密集的曲线,对于一定的盘面比和螺距比,此曲 线组应用最小二乘法表达成如下形式: 一 ,g()]? 式中:——进速系数; g/()——参变量,定义为毂径比罟的函 数. 为说明问题,这里仅考虑敞水曲线中的螺旋 桨效率曲线.对盘面比螺距比一定的效率曲线而 言,其函数形式可以记为四次多项式的形式: r/=g0()+gl(罟)'Jq-gz(罟)4- gs().4-g(茜)? 分解开来,对应于不同的毂径比,有 对().'7一n.+n+nzJ+ns.+n 对():'7—60+6Jq-bzJ.+6sJ.q-b4J 对().:一c0+c,+cz,+cs,.+c, …… (5) 对前面的系数进行分析可得到g()的 具体表达式,见表2. 表2(吾)表达式 函数数据 go(吾) (吾) 踟(吾) 口0,bo,c0,d0,… 口1,6】,C1,d】,… 口m,,Cm,,… 以上计算的是固定盘面比,螺距比时的一组 曲线.为实现对任意盘面比和螺距比的螺旋桨的 敞水效率都可以计算,进而实现对MAU叶型 POD螺旋桨的敞水性能的计算.采用Lagrange 4O 多项式插值的形式,对螺距比和盘面比进行二元 多项式插值计算. 设z.,",z是[n,6]上的+1个互异 点,令 ,一毒等 /=o,1,…,(5) 显然 1,i=j_O," ,?(6) 称(z)(一0,1,…,)为N次Lagrange插值基 函数,根据插值原理 (z)一?()(7) 此为满足p(x)一(一0,1,…,咒)的唯一的 多项式,称为次Lagrange插值多项式.利用此 多项式插值可以计算出螺距比和盘面比在本文计 算范围内的任意MAU型POD螺旋桨的敞水特 性. 应用理论计算设计POD桨与计算其敞水性 能的 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 见图3. 选取系列MAU螺旋桨: (, 确定设计POD桨: 分o18,敞水特性 吊舱修正 理论算法\/系列IV~_U螺 旋桨敞水性能 单位曲线函数法 任意毂径比,给定螺 距比,盘面比的系列 螺旋桨敞水特性 输入代求P0D 螺旋桨要素: ( 图3数值算法估算POD桨敞水特性 流程图 破产流程图 免费下载数据库流程图下载数据库流程图下载研究框架流程图下载流程图下载word 对选取得MAU螺旋桨应用升力面理论计算 其敞水特性,并以单位曲线函数法计算得到任意 毂径比得螺旋桨敞水特性,通过二元多项式插值 计算出给定毂径比得螺旋桨敞水特性. 4实例计算分析 选取MAU型POD桨(无吊舱)主要几何参 数见表3. 吊舱推进器螺旋桨的敞水性能数值图谱——于得会,王言英 表3计算POD桨几何参数 项目数值 直径 螺旋桨叶数 螺旋桨旋向 毂径比 叶型 基准形状 展开盘面比 螺距比 纵斜 侧斜 0.25m 4 右旋 0.26 MAU MAU 0.60 0.75(等螺距) 0 0 所选螺旋桨各项参数均在本文所算系列桨范 围之内.首先利用本文已回归的公式计算毂径比 为0.26的螺旋桨的敞水挣l生,再通过多项插值计 算得到所求螺距比和盘面比的POD桨的敞水性 能.进速系数根据需要,选取0.1,0.2,0.3, 0.4,0.5,0.6,0.7,0.8进行计算. 当进速系数为0.1时,根据本文所得回归公 式可以计算得到毂径比为0.26的系列系列螺旋 桨的敞水特性,所得计算结果见表4. 表4回归计算结果 旌蔓苤邀挂:睦 盘面比螺距比K10K 0.40 0.40 0.40 0.55 0.55 0.55 0.70 0.70 0.70 0.70 0.90 1.10 0.70 0.90 1.10 0.70 0.90 1.10 0.2706 0.4123 0.4613 0.2829 0.3951 0.5035 0.2960 0.4218 0.5432 0.2741 0.4339 0.6203 0.2953 0.4839 0.7112 0.3179 0.5339 0.7978 针对螺距比为0.70的三个不同盘面比螺旋 桨的敞水特性,通过应用Lagrange多项式插值得 到盘面比为0.60,螺距比为0.70的对应螺旋桨 的敞水性能.应用同样的步骤可以算得螺距比为 0.90和1.10,盘面比为0.6的两个螺旋桨的敞水 性能,计算结果见表5. 表5插值计算结果 螺旋桨要素敞水特性 螺距比盘面比K1OK 0.70 0.90 1.10 0.60.28710.3027 0.60.39920.5005 0.60.51700.7406 为得到所求螺距比的螺旋桨敞水特性,对上 面的螺距比和敞水特性数据组再次应用La— grange多项式插值就得到待求MAU型POD螺 旋桨在进速系数为0.1时的敞水效率.同样应用 上述计算过程算得在其他7个进速系数下的 POD螺旋桨的敞水效率值. 鉴于目前缺少吊舱式推进螺旋桨的试验图谱 资料,为验证以上所计算的PoD螺旋桨敞水性 能,本文引用文献[6]的结果进行比较.该计算结 果是以速度势面元法螺旋桨性能预报方法得到 的,计算的结果与比较见表6. 表6计算结果与面元法计算值的比较 ! 本文面元本文面元 o.3045 o.2613 o.2179 o.1817 o.1386 o.1O45 o.0654 o.0254 o.2943 o.2569 o.2197 o.1823 o.1447 o.1O65 o.0676 o.0276 o.3382 o.309o o.2701 o.2307 o.1898 o.1463 o.0993 o.0478 o.3275 o.2952 o.2664 o.2267 o.1923 o.1512 o.1O22 o.0509 图4给出了所计算POD螺旋桨的本文计算 值和基于速度势面元法计算值的敞水特性曲线 图,包括推力系数,转矩系数和螺旋桨效率值.其 中实线为应用速度势面元法的计算结果,离散点 为应用本文算法得到的相应结果,可以看出在进 速系数大于0.2范围内两者符合较好.应当指 出,该算法用于螺旋桨系柱性能计算时,其计算结 果必须谨慎处理. 图4敞水特性曲线比较图 5结语 本文提供的POD螺旋桨敞水性能计算方法, 是基于常规毂径比的MAU型螺旋桨图谱和应用 升力面理论涡格法计算螺旋桨敞水特性的.首先 41 速数一12345678进系一 第36卷第4期 2007年8月 船海工程 SHIP&OCEANENGINEERING VolI36No.4 Aug2007 文章编号:1671—7953(2007)04—0042—04 船舶耐波性衡准及其评价方法浅析 熊文海,毛筱菲,李毓江. (1.青岛远洋船员学院,山东青岛266071;2.武汉理工大学交通学院,武汉430063; 3.长江海事局船员考试中心,武社430016) 摘要:分析船舶耐波性研究进展,总结对比船舶在波浪中航行时的耐波性衡准内容, 并对各种船舶耐波 性评价方法进行总结及耐波性评估方程及今后研究工作的方向和重点. 关键词:船舶耐波性;衡准;评价方法 中图分类号:U661.32文献标识码:A Re~,iewonEvaluati~mMethodsandCriteriaev1evaluauOnetOSante forSea—keepingofShips XIONGWen-hal,MAOXiao-fei,LIYu-jlane (1.QingdaoOceanShippingMarinersCollege,Qingdao266071,China; 2.SchoolofTransportation,WuhanUniversityofTechnology,Wuhan430063,China; 3.TheCrewExaminationCenterChangjiangMaritimeSafetyAdministration,Wuhan4300 16,China) Abstract:Thispaperanalyzestheresearchanddevelopmentinthesea— keepingofship,andsummarizes thesea-keepingcriteriaofshipsinseaandthevariousevaluationmethodsofship'Ssea— keepingquality,finally putsforwardthedirectionofdevelopmentandkeyproblemsofsea-keepingevaluationforfut ureresearch. Keywords:sea-keepingofship;criteria;evaluationmethod 收稿日期:2006-12—12 修回日期:2007-01—15 作者简介:熊文海(1976一),男,博士生. 船舶耐波性衡准及其评价方法是船舶设计 和航海人员及海事管理部门都十分重视的研究 课题.寻找使用方便且行之有效的船舶耐波性 计算出系列大毂径MAU型螺旋桨敞水特性;再 以单元函数法将敞水性能表达成为毂径比和进速 系数的函数;最后,通过二元多项式插值法将 MAU型螺旋桨敞水特性拓展到包括大毂径比的 POD螺旋桨的敞水性能曲线. 算例表明,除低进速系数工况外,关于POD 推进器螺旋桨敞水特性的预报结果具有工程应用 的精度.实际上,低进速系数工况螺旋桨敞水性 能预报,不论是对于物理模拟还是数值模拟都是 有待进一步研究的共同问题. 本文给出的大毂径比螺旋桨敞水陛能计算方 法,只是在缺少相应的螺旋桨敞水性能图谱情况 下的一种估算手段.针对传统螺旋桨和吊舱推进 器性能的差异,充分利用已有的螺旋桨敞水性能 试验图谱和理论计算方法,进一步开展吊舱推进 器螺旋桨敞水性能预报方法,是一项具有工程应 42 用意义的课题. 参考文献 El3杨晨俊.吊舱对螺旋桨水动力性能的影响EJ].上海交 通大学,2003,37(8):1229—1233. 1-23马骋.新型POD推进器尾涡模型的改进研究[J]. 哈尔滨工程大学,2004,25(4):423—424. 1-33张庆文,王言英.吊舱推进器螺旋桨的敞水性能估算 EJ].船海工程,2006,35(4):1-4. I-4]NerwinJEComputertechniquesforpropellerblade thickness[J].Journalofshipresearch,1963,7(2):1-6. Es]王国强,胡寿根.螺旋桨非定常性能计算的升力面方 法EJ].上海交通大学,1989,23(3):47,54. [63周超骏.计算机辅助设计船体线性设计EM].上海:上 海交通大学出版社,1992. E73张利军.螺旋桨性能预报的速度势面元法研究[D]. 大连:大连理工大学,2006.