留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

对转式全回转舵桨的立柱优化研究

刘振华 张燕 贺俊松

刘振华, 张燕, 贺俊松. 对转式全回转舵桨的立柱优化研究[J]. 中国舰船研究, 2023, 19(X): 1–7 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.03313
引用本文: 刘振华, 张燕, 贺俊松. 对转式全回转舵桨的立柱优化研究[J]. 中国舰船研究, 2023, 19(X): 1–7 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.03313
LIU Z H, ZHANG Y, HE J S. Research on strut optimization of azimuth thruster with contra-rotating propellers[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2023, 19(X): 1–7 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.03313
Citation: LIU Z H, ZHANG Y, HE J S. Research on strut optimization of azimuth thruster with contra-rotating propellers[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2023, 19(X): 1–7 doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.03313

对转式全回转舵桨的立柱优化研究

doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.03313
基金项目: 上海市科技计划项目(21SQBS02100)。
详细信息
    作者简介:

    刘振华,女,1990年生,硕士,工程师。研究方向:特种推进器的水动力性能研究。E-mail:779745445@qq.com

    张燕,女,1980年生,硕士,工程师。研究方向:船舶特种推进器的总体研究。E-mail:zhangyan@powermaster-marine.com

    贺俊松,男,1979年生,博士,高级工程师,研究方向:船舶特种推进器水动力性能研究。E-mail:hejunsong-@powermastermarine.com

    通信作者:

    刘振华

  • 中图分类号: U664.3

Research on strut optimization of azimuth thruster with contra-rotating propellers

知识共享许可协议
对转式全回转舵桨的立柱优化研究刘振华,等创作,采用知识共享署名4.0国际许可协议进行许可。
  • 摘要: 基于雷诺平均方法与k-ω湍流模型,对不同立柱型式的对转式全回转舵桨分别进行模型尺度和实尺度下的水动力性能预报。研究结果表明,立柱前缘削薄并整体前移的优化方案,使整个舵桨的敞水效率提高1.01%;立柱采用扭曲设计,且切面引入拱度的优化方案,使得敞水效率提高1.15%。通过研究流场特性与后桨伴流监测,发现优化后的立柱可以改善立柱尾部的流动分离现象,提高后桨吸收前桨的尾涡能量,增加后桨流入量,对于提高对转式全回转舵桨的推进性能具有工程实用意义;另外,通过比较模型尺度与实尺度的研究结果,发现模型尺度的流动分离比实尺度严重。
  • 图  对转舵桨模型 (CR16)

    Figure  1.  CRP model (CR16)

    图  CR16,CR17,CR17.1和CR17.2的对比图

    Figure  2.  Contrast diagram of CR16, CR17, CR17.1, CR17.2

    图  计算域示意图

    Figure  3.  Computational domain diagram

    图  CR16, CR17立柱后的流动分离对比图

    Figure  4.  Contrast diagram of flow separation behind strut of CR16,CR17

    图  CR17.1, CR17.2立柱后的流动分离对比图

    Figure  5.  Contrast diagram of flow separation behind strut of CR17.1, CR17.2

    图  后桨轴向伴流

    Figure  6.  Axial wake fraction of rear propeller

    图  后桨切向伴流

    Figure  7.  Tangential wake fraction of rear propeller

    表  前桨与后桨的主要参数

    Table  1.  Main parameter of front and rear propeller

    项目 符号 前桨 后桨
    实尺度 模型尺度 实尺度 模型尺度
    缩尺比 λ 1 21 1 21
    叶数 Z 5 4
    直径/m D 4.2 0.2 3.7 0.175 2
    弦长/m C0.7 1.098 3 0.052 3 1.2327 0.058 7
    螺距比 P0.7/D 1.169 2 1.4121
    盘面比 AE/A0 0.584 6 0.605
    毂径比 dh/D 0.23 0.203
    旋向 - 右旋 左旋
    下载: 导出CSV

    表  模拟工况

    Table  2.  Operating condition

    CR16, CR17, CR17.1, CR17.2符号实尺度模型尺度CR16模型试验
    缩尺比λ12121
    速度/(m·s−1)V9.98192.45832.4583
    前、后桨转速/(r·s−1)n2.41712.50012.500
    进速系数J0.98330.98330.9833
    下载: 导出CSV

    表  敞水性能结果

    Table  3.  Result of open water characteristics

    缩尺比优化
    方案
    前桨
    KT1
    前桨
    10KQ1
    后桨
    KT2
    后桨
    10KQ2
    舵桨装置
    KT
    舵桨装置
    10KQ
    效率
    η
    λ=1CR160.1740.3120.0890.1820.2230.4940.705
    CR170.1740.3110.0920.1910.2290.5020.712
    CR17.10.1740.3110.1250.2400.2490.5510.707
    CR17.20.1740.3110.1120.2200.2420.5310.713
    CR16试验值--------0.220 50.574 6--
    λ=21CR160.1660.3200.1070.2150.2200.5340.644
    CR170.1680.3230.0920.1980.2120.5210.637
    CR17.10.1700.3240.0960.2060.2150.5300.634
    CR17.20.1660.3200.1030.2140.2210.5340.647
    下载: 导出CSV
  • [1] 辛公正, 丁恩宝, 唐登海. 对转螺旋桨升力面设计方法[J]. 船舶力学, 2006, 10(2): 40–46.

    XIN G Z, DING E B, TANG D H. A design method for contra-rotating propeller by lifting-surface method[J]. Journal of Ship Mechanics, 2006, 10(2): 40–46 (in Chinese).
    [2] 马骋, 钱正芳, 陈科, 等. 双桨式吊舱推进器水动力性能CFD预报方法研究[J]. 船舶力学, 2014, 18(5): 516–523. doi: 10.3969/j.issn.1007-7294.2014.05.005

    MA C, QIAN Z F, CHEN K, et al. Research on the CFD prediction method of hydrodynamic performance of tandem type podded propulsor[J]. Journal of Ship Mechanics, 2014, 18(5): 516–523 (in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1007-7294.2014.05.005
    [3] 杨晨俊, 钱正芳, 马骋. 吊舱对螺旋桨水动力性能的影响[J]. 上海交通大学学报, 2003, 37(8): 1229–1233 (in Chinese). doi: 10.3321/j.issn:1006-2467.2003.08.022

    YANG C J, QIAN Z F, MA C. Influences of pod on the propeller performance[J]. Journal of Shanghai Jiaotong University, 2003, 37(8): 1229–1233 (in Chinese). doi: 10.3321/j.issn:1006-2467.2003.08.022
    [4] 沈兴荣, 蔡荣泉, 冯学梅, 等. 粘性流场中吊舱推进器水动力性能数值研究[J]. 中国造船, 2010, 51(1): 17–26.

    SHEN X R, CAI R Q, FENG X M, et al. Study on hydrodynamic performance of podded propulsion in viscous flow[J]. Shipbuilding of China, 2010, 51(1): 17–26 (in Chinese).
    [5] ISLAM M F, VEITCH B, BOSE N, et al. Numerical study of hub taper angle on podded propeller performance[J]. Marine Technology, 2006, 43(1): 1–10.
    [6] LIU P F, ISLAM M, VEITCH B. Some unsteady propulsive characteristics of a podded propeller unit under maneuvering operation[C]//First International Symposium on Marine Propulsors Smp’ 09. Trondheim, Norway: [s. n. ], 2009: 507−516.
    [7] HAEMAELAEINEN R, VAN HEERD J. Wave damping aftbody with hybrid podded propulsors[J]. Transactions, 2003, 111: 33–48.
    [8] 王福军. 计算流体动力学分析: CFD软件原理与应用[M]. 北京: 清华大学出版社, 2004.

    WANG F J. Computational fluid Dynamics Analysis: Principle and Application of CFD Software[M]. Beijing: Tsinghua University Press, 2004 (in Chinese).
    [9] MENTER F R. Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications[J]. AIAA Journal, 1994, 32(8): 1598–1605. doi: 10.2514/3.12149
    [10] 王超, 黄胜, 常欣, 等. 基于滑移网格与RNG k-ε湍流模型的桨舵干扰性能研究[J]. 船舶力学, 2011, 15(7): 715–721.

    WANG C, HUANG S, CHANG X, et al. Research on the hydrodynamics performance of propeller-rudder interaction based on sliding mesh and RNG k-ε model[J]. Journal of Ship Mechanics, 2011, 15(7): 715–721 (in Chinese).
    [11] 徐嘉启, 熊鹰, 王展智. 混合式CRP推进器操舵工况水动力性能数值研究[J]. 中国舰船研究, 2017, 12(2): 63–70,99. doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.008

    XU J Q, XIONG Y, WANG Z Z. Numerical research of hydrodynamic performance of hybrid CRP podded propulsor in steering conditions[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2017, 12(2): 63–70,99 (in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.008
    [12] 黄永生, 杨晨俊, 董小倩. 对转桨推进的高速水下航行体实尺度自航计算与分析[J]. 中国舰船研究, 2018, 13(6): 34–42. doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01118

    HUANG Y S, YANG C J, DONG X Q. Full-scale simulation and analysis of self-propulsion performance of CRP-propelled high speed underwater vehicles[J]. Chinese Journal of Ship Research, 2018, 13(6): 34–42 (in Chinese). doi: 10.19693/j.issn.1673-3185.01118
    [13] 洪方文, 张志荣, 刘登成, 等. 船舶螺旋桨流场及水动力数值分析[J]. 水动力学研究与进展, 2020, 35(1): 68–73.

    HONG F W, ZHANG Z R, LIU D C, et al. Numerical simulation on flow fields and hydrodynamic performance of ship propeller[J]. Chinese Journal of Hydrodynamics, 2020, 35(1): 68–73 (in Chinese).
    [14] HEINKE C, HEINKE H J. Open Water and Cavitation Tests with the Powermaster Marine 7 MW CRP Thruster Report 4938, Schiffbau-Versuchsanstalt Potsdam, 2020 (unpublished).
  • 加载中
图(7) / 表(3)
计量
  • 文章访问数:  57
  • HTML全文浏览量:  7
  • PDF下载量:  0
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2023-04-04
  • 修回日期:  2023-06-05
  • 网络出版日期:  2023-07-28

目录

    /

    返回文章
    返回