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船桨舵相互作用对轴系状态的影响分析
| 论文题名： | 船桨舵相互作用对轴系状态的影响分析 |
| 关键词： | 船舶推进轴系;船-桨-舵一体化模型;相互作用;水动力;轴系状态变化;振动传递特性 |
| 摘要： | 船舶推进轴系作为船舶动力系统的重要组成部分，其运转的安全性与可靠性尤为重要。受不同航行状况的影响，船舶推进轴系的状态并不是一成不变，而是始终处于变化。如果航行状况发生改变，处于船尾的螺旋桨会受到不同的伴流场影响，进而影响到与之相连的推进轴系。在某些工况下就非常容易使得轴系状态发生畸变，严重时甚至出现轴系断裂的严重事故，威胁船舶的安全。因此，非常有必要深入研究不同航行状况下的轴系状态的变化趋势，对轴系状态的变化有初步的预期，能更好的降低危险发生的概率。 本文分析了国内外螺旋桨水动力、船-桨-舵相互作用以及轴系状态的研究现状；利用计算流体力学软件进行缩比船-桨模型的数值仿真，验证了数值仿真方法的有效性；在缩比模型计算的基础上，构建并开展实尺度下的船-桨-舵一体化模型的数值仿真，在验证结果可靠性的前提下开展不同工况的数值计算，并监测螺旋桨水动力；提出了轴系状态的表示参数，结合实尺度下的仿真结果开展了轴系状态变化规律的影响研究。论文的主要研究内容如下： （1）缩比船-桨模型的数值仿真研究。首先利用??―??湍流模型，结合SIMPLE算法对RANS进行求解，采用多重参考系（MRF）方法模拟螺旋桨旋转，对KP505螺旋桨进行敞水性能数值计算。然后采用VOF方法模拟多相流，对KCS裸船（不带桨舵）进行直航、斜航的拖航数值仿真。基于螺旋桨敞水计算、裸船拖航计算展开船-桨模型的自航数值仿真，验证自航数值仿真的可行性。 （2）实尺度船-桨-舵一体化模型的数值仿真研究。建立以KCS船体、KP505螺旋桨以及M1203型舵为主体的实尺度船-桨-舵计算模型，参考缩比船-桨模型数值仿真的基础，开展实尺度船-桨-舵自航数值仿真。然后根据不同的工况进行不同舵角、漂角下的数值仿真，探究螺旋桨水动力随舵角、漂角的变化趋势。 （3）船-桨-舵相互作用下螺旋桨水动力变化对轴系状态的影响研究。将实体螺旋桨与梁模型推进轴系结合，建立有限元混合计算模型，以传统计算结果为依托验证有限元计算方法的正确性。基于该混合模型开展不同工况下轴系状态的影响研究，同时分析轴系状态变化对振动传递特性的影响。 |
| 作者： | 林存明 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 周瑞平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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