详情

原文传递 NACA半悬挂舵舵叶流场数值模拟及舵装置辅助设计

论文题名：	NACA半悬挂舵舵叶流场数值模拟及舵装置辅助设计
关键词：	舵装置;船舶设计;半悬挂舵;舵叶流场;数值模拟
摘要：	舵装置是船舶安全航行的重要保证。在船舶外形尺度和螺旋桨确定后，舵就成了影响船舶操纵性的最重要的因素。船舶现代设计要求船舶有良好的操纵性，而船用舵性能优越，结构简单，因此舵的设计尤为重要。目前舵的设计工作主要是根据以往的优良船型的设计资料进行设计。设计者在母型船舵系的基础上反复修改、校核，直至得到满足用户需要、且符合规范的设计。这个过程繁琐复杂，通常一个小小的改动会牵动其他的很多变动，从而导致设计效率低下，这严重影响船的设计进度。因此如何能提高舵的设计效率，较快的设计出实用高效的舵，成了设计者面前一个亟待解决的问题。本文正是基于此想法，编写应用程序，实现参数化绘图，由计算机自动导出舵设计计算书，以提高舵设计效率，简化设计人员的工作。本论文主要工作有两部分：采用FLUENT软件，模拟舵叶流场数值变化，得出舵的水动力特性；利用VB编写应用程序实现自动绘制舵图形和自动生成舵设计计算书。考虑到舵的种类繁多、功能各异，本文主要针对市场占有率最大的海洋运输船常用的舵型——NACA对称翼型剖面半悬挂舵。舵的结构形式简单，为舵设计的参数化设计提供了可能。本文提取舵叶弦长、展弦比、舵剖面型号作为绘制舵图形的基本参数。用户只需在程序窗口中输入船舶主尺度、舵叶基本参数等值，程序即可驱动AutoCAD自动绘图，并得到校核强度所需的有关尺寸。程序将这些尺寸导入计算模块中进行计算，由用户决定所选用的材料型号，选用的舵杆直径等，最后得到舵设计计算书。整个过程非常简单快捷，经过设计实例证明结果实用可靠。舵装置的设计有两大关键步骤，一个就是确定所选择的舵的水动力特性，即舵力、扭矩等，以便核算舵的结构尺寸，选择舵机；另一个是选择所需的舵面积及其有关特性参数。而目前的舵的水动力性能的计算主要有两种方法：其一是利用舵的模型资料进行换算；其二是采用近似计算公式估算。但这两种方法都存在一定缺陷。采用近似公式估算简单易行，但结果非常不精确。而得到模型资料需要进行大量试验，耗费巨大，且模舵与实舵还存在很多差异，试验结果相对精确但仍有出入。本文是基于FLUENT软件，利用GAMBIT前处理软件建模，采用Spalart—Allmaras湍流模型，二阶迎风格式模拟舵叶流场，计算得到了舵的水动力性能数据。与舵模型试验数据比较，结果吻合较好。本人利用FLUENT软件进行大量计算，研究了展弦比、来流速度、剖面形式对舵的水动力性能的影响。并据此为舵的参数化设计选取了关键参数。本文对舵叶粘性流场进行数值模拟，得出了舵的水动力特性。作者所进行的研究，有效的缩短了半悬挂舵的设计过程，从方案设计、图纸表达、性能分析到最后的方案确定都由应用程序迅速解决，加快了设计进度，提高了设计效率。
作者：	张瑞
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	龚昌奇
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2009
正文语种：	中文