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基于船-桨-舵全耦合求解的船舶自航性能数值预报方法研究
| 论文题名： | 基于船-桨-舵全耦合求解的船舶自航性能数值预报方法研究 |
| 关键词： | 船桨舵全耦合;船舶自航;数值预报;回转性能 |
| 摘要： | 船舶在水中航行时其性能的优劣不仅取决于其自身特点，还与螺旋桨以及桨后舵密切相关。螺旋桨作为当前船舶最主要的推进器为船舶航行提供动力，船桨之间是否匹配对于船舶快速性、经济性有重要影响；桨后舵对于船舶运动稳定性以及运动方向调整有着至关重要的作用。在研究船舶性能时不能仅将目光聚焦在船舶本身，更应考虑船舶、螺旋桨以及舵所构成的整个系统产生的影响。因此深入开展船桨舵全耦合下的船舶性能研究对于当代船舶设计与优化具有重要意义和显著的工程价值。 本文基于计算流体力学软件Fine/Marine，以KCS船以及其桨KP505和舵为研究对象，采用实体建模方法，开展了船体阻力计算、螺旋桨敞水性能计算，对船桨耦合下船舶自航运动、船桨舵全耦合下船舶自航运动以及回转运动进行数值模拟。 船舶自航运动数值模拟的关键是如何实现船桨舵之间的相互耦合，本文基于FINE/Marine软件随体网格与滑移网格技术，构建了一种新的船桨舵全耦合数值求解模型和方法，计算中船舶的运动并非由给定来流等效替代产生而是直接由船后螺旋桨旋转产生推力引起，与实际情况相一致。在此基础上本文针对不同螺旋桨转速下的船舶自航运动进行实时数值计算，模拟了船舶从启动到稳定自航的整个过程，进而求得相关试验航速下的船舶实效自航点。船舶自航点的CFD预报与相关试验结果比较说明这种船桨舵全耦合数值求解模型和方法可以较为准确地模拟船舶自航运动。同时根据数值计算结果，分析了船舶自航运动中船-桨之间的相互作用以及船-桨-舵之间的相互作用。 船舶回转运动研究同样是基于这种船桨舵全耦合数值求解模型和方法，通过改变初始舵角，对船舶转舵后的整个运动过程进行数值模拟。文中针对两种舵角δr=20°及35°下的船舶回转运动开展数值计算，得到了不同舵角下的船舶回转运动特性参数，完成了船舶回转运动轨迹曲线的绘制；通过与吓夫加特-桑海的经验公式计算结果相比较具有良好的一致性，验证了本文所建立的船桨舵全耦合数值求解模型和方法在研究船舶回转运动时的可靠性。 本文通过开展船舶自航以及回转性能数值预报研究，建立了船桨舵全耦合数值求解模型和方法，可用于开展船舶在水中复杂运动的数值预报研究，为船舶优化设计提供可靠的分析方法和研究手段。 |
| 作者： | 祝启波 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 王志东 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏科技大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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