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原文传递全回转调距导管桨水动力特性及精细流场分析

论文题名：	全回转调距导管桨水动力特性及精细流场分析
关键词：	调距导管桨;水动力性能;数值模拟;流场分析
摘要：	我国拥有丰富的海洋渔业资源、天燃气资源、石油资源以及广袤的岛礁资源，对海洋的利用逐步由海洋运输转变为海洋资源的开发，这就对船舶、海洋平台以及半潜平台自身的航行、操作、动力定位等性能提出了更高的要求。全回转推进器其推进和操纵性能的优劣，对船舶进行原地回转、横向移动、急停、倒车、拖航等运动时影响最为剧烈。对全回转调距导管桨水动力特性及精细流场的分析，对改善船舶的推进性及操纵性具有重要意义，也为工程实际中全回转调距导管桨的设计与优化提供一定的参考意义。　　本文基于Fine-Marine软件对全回转调距导管桨进行实尺度的数值模拟，分别考虑导管螺旋桨在敞水和船尾工作时，在不同螺距比、不同回转角度情况下的水动力特性以及流场情况，主要的研究工作和分析结果如下：　　（1）对研究成熟、资料全面的No.19A+Ka系列导管螺旋桨的水动力性能进行模拟验证。在相同进速系数下，计算结果与试验结果对比，平均误差为2.342％，最大误差为4.3%，不超过5%，在误差允许范围内，因此本文研究所选用的计算模型与方法具有可行性。　　（2）建立全回转调距导管桨计算模型，运用模糊综合评判法对螺距比P/D=1.0的全回转调距导管桨分别在叶梢间隙C为6mm、10mm、14mm、18mm时的水动力性能进行评价，综合考虑总推进效率，总推力系数，导管推力系数以及加工制造的难易程度四个主要因素，选出最佳的叶梢间隙值C=14mm。　　（3）本文对敞水条件下的全回转调距导管桨水动力性能进行预报，在进速范围内，不同螺距比的调距导管桨其水动力特征参数分布规律相似，且随着螺旋桨螺距比的增大，其特征参数的最大峰值以较大幅度提升。同时，对比分析了不同螺距螺旋桨的盘面压力分布和速度分布，随着进速系数的增大，叶面的正压逐渐减小，叶背的负压也逐渐减小；叶面处的速度线主要集中在叶梢区域，沿叶梢区域逐步向内扩散，叶背处的速度线集中在叶背边缘区域，从叶背逐步向外扩散，在同一螺距比条件下，进速系数越大，叶背处的速度线分布越均匀。　　（4）验证分析船后调距导管桨在船后无偏转时的水动力性能，螺距比P/D=0.6～P/D=1.4不同螺距情况下的船舶阻力都呈规律的波动，波动幅度随着时间的增长逐渐趋缓，在t=4s时船舶阻力值基本稳定。螺距比P/D=1.4时，其导管螺旋桨推力值达到最大，其螺旋桨推力系数、导管推力系数和螺旋桨转矩系数均大于敞水状态下模拟的计算值，在船体伴流的影响下，船后导管桨的推力增长值要远大于船体阻力值。同时，精细分析各个盘面敞水和船后条件下的流场情况，敞水与船后各个剖面的速度分布情况相似，但船后各个剖面的盘面速度都要大于敞水条件下的盘面速度，在桨叶附近和叶梢位置表现的最为明显。　　（5）针对船后全回转调距导管桨偏转条件下水动力性能的研究，选取螺距比为P/D=1.0船后全回转调距导管桨，对偏转30°、60°、90°大偏转角度下的水动力性能进行计算分析，在船后导管桨偏转30°时，其水动力数值变化规律与敞水和船后未偏转时变化趋势相似；在船后导管桨偏转60°和90°时，在中高进速区，螺旋桨推力系数、螺旋桨转矩系数、导管推力系数区别于敞水和小偏转角度下随着进速系数的增大而减小的变化趋势，随着船后导管桨偏转角度愈大，其水动力系数呈逆转上升趋势。船后导管桨在横向偏转90°时相比于偏转30°时的总推力系数在不同进速系数下有1.61%～92.7%不同程度的增长。
作者：	姚潇
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	姚震球
授予学位：	硕士
授予学位单位：	江苏科技大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文