敞水双舵水动力性能及计算分析
螺旋桨敞水性能预报讲解
三、几种特殊性能螺旋桨的敞水计算
• 对转螺旋桨
计算域的确定
•进口在前桨中心线上游 4 倍前桨直径处，出口在前桨中心 线下游 4 倍前桨直 径处，外边界直径为 5 倍前桨直径
•计算域分为前桨、后桨两个域，各自独立划分网格
•采用结构化-非结构化多块混合网格划分方法
湍流模式选择
标准 k- ε 模型
三、几种特殊性能螺旋桨的敞水计算
二、影响计算的主要因素及其选取
• 选择怎样的数值方法
• 怎样划分网格
二、影响计算的主要因素及其选取
• 选择怎样的数值方法
通常的求解器选取（张志荣，2004）
a. 直接求解三维不可压RANS方程
b. 微分方程离散：有限体积法
c. 对流项离散：二阶迎风格式 d. 扩散项离散：中心差分格式
e. 压力耦合方程求解：SIMPLE方法
桨摩擦力的预报精度会影响螺旋桨敞水性能的预报精度
？
加密桨叶表面及附近网格能提高摩擦力预报精度 , 从而提高 推力和扭矩的预报精度（胡芳琳、张志荣）
三、几种特殊性能螺旋桨的敞水计算
• 吊舱推进器 •
吊舱推进器CFD计算特点：
•螺旋桨与吊舱存在相互作用 •需研究斜航时系统受力情况 •吊舱推进器分为推式和拉式两种 •需使用滑移网格技术来求解螺旋物吊舱相互影响的非定常 问题 , 滑移网格技术是用来处理 存在定子麟子相对运动问 题的较理想的方法
• 选择怎样的数值方法
湍流模式的选取
张志荣，2004比较了船舶粘性流体计算的六种主要湍流模式 a.SA模型 b.标准k-ε模型 c.RNG k-ε模型 d.Realizable k-ε模型 e.标准k-w模型 f. SST k-w模型
二、影响计算的主要因素及其选取
制流板舵的水动力性能分析与实船应用
制流板舵的水动力性能分析与实船应用作者：欧礼坚马梓聪来源：《广东造船》2017年第04期摘要：研究开发性能优良的舵型，改善舵的水动力性能，对提高船舶操纵性十分重要。
对某28000DWT MPC轮设计了制流板舵，并采用CFD软件FLUENT分别计算了舵球舵、制流板舵的水动力性能系数，制流板舵的升力系数比舵球舵高约7.1%。
根据实船操纵性试验数据对比，在舵叶面积不变的情况下，采用制流板舵比普通舵球舵稳定回转直径减少大约4.3%。
制流板舵可有效地减少横向绕流，提高升力和舵效，改善船舶的操纵性能。
制流板舵结构简单且基本不增加舵机功率，因此非常适用于船舶的技术改造。
关键词：制流板舵；水动力性能；计算流体力学中图分类号：U667.9 文献标识码：AAnalysis on Hydrodynamic Performances of Swash Plate Rudder and Application in ShipOU Lijian1 ， MA Zicong2（1.South China University of Technology， Guangzhou 510640；2.Dalian University of Technology， Dalian 116024）Abstract： The maneuverability of a modern ship is guaranteed by rudders. A good performance rudder is very important for maneuverability of a ship. In this paper， a swash plate rudder is designed for a 28000DWT MPC， and the hydrodynamic performances of rudder-bubble rudder and swash plate rudder are researched based on CFD software FLUENT. The result shows that lift coefficient of swash plate rudder is about 7.1% higher than that of rudder-bubble rudder. The maneuverability trail shows that the stable turning diameter decreases about 4.3% when swash plate rudder is used. Swash plate can effectively decrease the cross flow and improve the lift， rudder effects and the maneuverability. Because swash plate rudder has a simple structure and almost no need to increase the power of actuator with the same rudder area， swash plate rudder can be widely used for ship technical transformation.Key words： Swash plate rudder； Hydrodynamic performance； CFD1 引言研究开发性能优良的舵型，改善舵的水动力性能，对提高船舶操纵性十分重要。
导管螺旋桨设计和水动力性能分析
导管螺旋桨设计和水动力性能分析陈宁;赖海清【摘要】针对消拖两用船的综合舵桨系统,在综合舵桨动力传输系统结构设计基础上,对螺旋桨进行了设计研究,利用有限元方法分析了螺旋桨敞水工作时的推力、转矩、敞水效率以及桨叶的总压分布规律,并与实验值进行了对比,发现结论与理论分析结果吻合良好,从而初步形成了从最初的船型参数到预报螺旋桨敞水性能的整个综合舵桨的设计流程,具有一定参考价值.【期刊名称】《造船技术》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】5页(P10-13,23)【关键词】导管螺旋桨;敞水效率;总压分布【作者】陈宁;赖海清【作者单位】江苏科技大学能源与动力工程学院,江苏镇江212003;江苏科技大学能源与动力工程学院,江苏镇江212003【正文语种】中文【中图分类】U662导管螺旋桨是一种特殊的推进器，我国已经对其进行了大量的模型实验和理论研究工作[1]。
它适用于载荷较大的船舶，如拖轮、顶推船等。
具有在海上航行时，受外界海况变化影响较小，导管对螺旋桨有保护作用，且导管能显著改善航向稳定性等优点。
因此，在需要运动自如的工程船舶上，导管螺旋桨常被开发成综合舵桨系统[2,3]用于工程船上。
导管螺旋桨在结构形式、外型和水动力性能等方面与常规螺旋桨都有较大的差别。
导管螺旋桨的设计，包括导管设计和螺旋桨设计两部分。
国内外常用于导管内的螺旋桨有B型和K型[4]。
B系列螺旋桨常用的是B4-55型，其叶梢较尖。
K型比B型应用广泛，均为宽叶梢，对空泡的敏感较B型小。
K型又分Ka、Kv、Kd等多种，其中以Ka型最为常用。
导管也有多种型号，以4号导管、5号导管、7号导管、19A号导管和37号导管应用得较多。
本文采用了图谱估算方法对综合舵桨系统的导管螺旋桨水动力性能进行计算和研究，并结合导管螺旋桨的敞水实验进行了验证。
广州鸿业拖船有限公司的2×2 500 kW消拖两用船技术规格书所提供的技术参数如表1所示。
2.2舵的性能
舵面积比大，舵效好
2、舵速VR:通过提高主机转速来提高舵速，使排出流速度增加， 滑失比和舵速增大，达到提高舵效。 肥大型单车船在有较高余速时，舵效变得很差，其原因是该类 船舶的伴流较一般船强，使舵力减小。 1）狭水道低速航行时，水域受限，用以提高舵效； 2）保持舵效的最低Vs：人工操舵3kn，自动舵8kn；
Mδ=0.25LkρSRV2RSIN2δ L:船长(M) k:舵力系数 ρ:水的密度(KG/M3) SR:舵叶面积 V:舵速(M/S) δ :舵角
三、舵 效
（一）舵效的概念 ： 1、广义：所谓舵效，指操舵后船体对舵的影响 船首偏转 横向移动 船速下降 横倾
2、狭义
1）操舵后船首偏转情况，即控向效应（即舵对航向的控制能力）；
电动舵机：来得快、回得慢、不易把定。
6、其他因素： 顶风、顶流较顺风顺流好 ； 浅水，旋回阻力增加，舵效差 ； 空船、低速状态下，顺风转向比迎风转向舵效好；
重载、快速状态下，迎风转向比顺风转向舵效好。
正压力
升力
舵力
阻力
摩擦力
舵力＝升力+阻力＝正压力+摩擦力
∵Pt很小 ,∴PN≈PR 方向也近似垂直于舵叶的纵剖面，
故可用PN 代替舵力PR。
2 ①大小 PN 576.7 w AR VR Sin
（ N）
VR舵速－－舵相对于水的相对运动速度在船舶首尾方向上的分量 舵速＝船速 － 舵处的伴流速度 ＋ 螺旋桨排出流速度 ②方向：垂直于舵叶的纵剖面；
3、舵升力PL（lift）和舵阻力 PD (Drag)
作用：PL使舵产生舵力转动力矩； PD与前进方向相反，增加了前进的阻力，降低运动速度；
襟翼舵的敞水及桨后水动力性能研究
襟翼舵的敞水及桨后水动力性能研究
郭春雨;杨晨俊;马宁
【期刊名称】《华中科技大学学报：自然科学版》
【年(卷),期】2008(36)11
【摘要】采用面元法对螺旋桨与襟翼舵相互干扰水动力性能进行计算,两者之间的相互干扰采用迭代处理.计算了敞水中襟翼舵与普通舵的法向力系数,并与试验值进
行了比较.敞水计算结果显示,与普通舵相比,襟翼舵的法向力系数有了较大的提高,同时襟翼舵的转舵比对于襟翼舵水动力性能的影响比较大.在敞水襟翼舵的基础上,计
算了螺旋桨与襟翼舵相互干扰的水动力性能.与敞水襟翼舵相比,桨后襟翼舵在相同
舵角的情况下,法向力系数增大,但增加的幅度不同.还计算了襟翼舵在转舵比为1/4、进速系数为0.5时襟翼舵某剖面在敞水及桨后的表面压力系数分布情况.
【总页数】4页(P108-111)
【关键词】船舶;螺旋桨;面元法;襟翼舵;桨舵干扰;水动力性能
【作者】郭春雨;杨晨俊;马宁
【作者单位】上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海200030;哈尔滨工程大
学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001
【正文语种】中文
【中图分类】U661.313
【相关文献】
1.桨后敞水舵及船和桨后舵上的压力和舵扭矩及操舵时船受的水压力... [J], Binek.,H;袁友银
2.桨后贝克舵的水动力性能研究 [J], 高德辈;依朋君;李杰;李丽
3.半悬挂舵的敞水水动力性能与舵力预估方法研究 [J], 林友红
4.带整流帽的半悬挂舵敞水水动力性能数值计算分析 [J], 李艳;龙进军
5.导管螺旋桨后襟翼舵水动力特性研究 [J], 张泽盛;沈国光
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2.2舵的性能3123
(四)舵角限位器
1.作用：防止操舵时实际舵角超过最大有效舵角。 2.种类：有机械、电动和角铁架式等几种。 3.位置：机械舵角限位器一般设在舵叶上侧、下舵杆与舵 柱的上部、舵柄两侧极限舵角位置处。 4.限制角：流线型舵一般为32°，平板舵为35°。
(五)操舵装置的要求
1.对一艘船舶应满足的要求:
三 操 舵 装 置
操舵装置分类
1.按动力源分类：分电动操舵装置和液压操舵装置； 2.按公约和规范分类：分主操舵装置和辅助操舵装置。 主操舵装置：系指在正常情况下为驾驶船舶而使舵产 生动作所必需的机械、转舵机构、舵机装置动力设备 (如设有)以及附属设备和向舵杆施加转矩的设施(如舵 柄或舵扇)。主操舵装置应在驾驶室和舵机室都设有控 制器。 辅助操舵装置：系指在主操舵装置失效时，为驾驶船 舶所必需的设备。这些设备不应属于主操舵装置的任 何部分，但可共用其中的舵柄、舵扇或作同样用途的 部件。
2)转叶式液压舵机
转叶式液压舵机由转舵机构和动力源两大部分组成。 ①转舵机构：由油缸、回转体组成。回转体键套在舵杆上。 ②动力源：由电动机、主油泵、辅油泵和安全控制阀箱等组成。
是在主操舵装置失效时,为应急操舵而补设的一种操 舵装置,也称应急操舵装置. 它不应属于主操舵装置的任何部分但可以共用其中 的舵柄,舵扇或其它等效用途的部件. 小船:人力 大船:动力 较大的船;可以不设辅助操舵装置,一般设两TAO相 同的动力供主操舵装置使用,其中一台为备用.
(一)电动操舵装置
1.组成：舵扇松套、舵柄键套在舵杆。 2.基本原理： 3.主要组成部分的作用： 1)蜗杆蜗轮：减速比大，转 矩大；其机械传动中的自锁 作用，可防止舵叶在受外界 冲击作用下发生逆转现象， 从而起到保护电动机的作用。 2)缓冲弹簧：刚性大，正常 情况下可顺利地传递转舵力 矩。当舵叶受到外界巨大冲 击力作用时，能吸收冲击能 量，起保护舵机的作用。 4.特点与应用：结构简单、 操作方便、传动可靠、维修 方便，噪声大、占用面积大。 较广泛地应用于中小型船。
使用Fluent软件的螺旋桨敞水性能计算分析
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CFD敞水螺旋桨性能计算分析
CFD敞水螺旋桨性能计算分析缪宁跃;孙江龙【摘要】根据螺旋桨的投影原理及其型值参数,建立螺旋桨的三维模型.基于计算流体动力学(CFD)理论和CFD商业软件进行研究,采用分区混合网格力案和动网格技术及旋转坐标(MRF)方法,结合RANS方程和RNG湍流模型对螺旋桨三维粘性流动进行数值模拟,得到该螺旋桨的推力及其转矩.经与试验结果比较分析,证实该方法能实现对螺旋桨的敞水粘性流场模拟,预报其敞水性能.%According to projection theory and curved-surface offsets, a 3D geometry model of propeller was built. Based on computational fluid dynamics (CFD) method, the sub-domains hybrid meshes method,the dynamic meshes method and the moving reference frame(MRF) method were adopted to simulate the hydrodynamic performance of propeller in open-water by using the Reynolds-Averaged NavierStokes (RANS) equation and RNG turbulence models. Thrust and torque of the propeller in open water were obtained and compared with experimental results. The results show the proposed method can achieve the numerical prediction of hydrodynamic performance for propeller in open water.【期刊名称】《中国舰船研究》【年(卷),期】2011(006)005【总页数】6页(P63-68)【关键词】三维模型;CFD;动网格;MRF;敞水件能【作者】缪宁跃;孙江龙【作者单位】华中科技大学船舶与海洋工程学院,湖北武汉430074;华中科技大学船舶与海洋工程学院,湖北武汉430074【正文语种】中文【中图分类】U664.331 引言由于数值模拟相对于实验研究具有独特的优点，如成本低、周期短，能获得完整的数据，能模拟出实际运行过程中各种测量数据的状态，因而目前计算流体动力学（CFD）技术被广泛应用于工程领域。
导管螺旋桨敞水性能数值计算方法研究
导管螺旋桨敞水性能数值计算方法研究吴湘荣;王永生;蒋超【摘要】为实现快速预报导管螺旋桨敞水性能曲线，利用 CFD流体计算软件对导管螺旋桨敞水试验进行数值模拟。
将计算结果绘制成的敞水性能曲线与实验结果进行比较，并对导管螺旋桨的敞水性能进行分析，验证数值模拟计算方法的可行性与准确性。
分析螺旋桨敞水工作时的推力、力矩及敞水效率的变化特点发现，随着进速的增大，导管产生的推力不断减小并在高航速下转化为阻力。
研究该导管桨在系泊工况下的敞水性能指标，对系泊工况边界条件的设置进行改进。
%In order to predict the open-water performance of ducted propeller quickly the CFD software was used to simulate the open-water experiment of ducted propeller. According to the results of calculation, the open-water performance curves were drawn and compared with the results of experiment. The open-water performance according to the results was analyzedand it's feasibility and accuracy were verified. The parameters of propeller in open-water is analyzed which including thrusttorque and open-water efficiency. The thrust of the duct decreased with the increase of the propeller’s velocity. And the performance index of the ducted propelled were researched when it worked at mooring conditions, and the method for setting the boundary condition at mooring conditions were studied.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2016(038)006【总页数】5页(P42-46)【关键词】CFD;导管螺旋桨;定常计算;性能分析;系泊工况【作者】吴湘荣;王永生;蒋超【作者单位】海军工程大学动力工程学院，湖北武汉 430033;海军工程大学动力工程学院，湖北武汉 430033;海军工程大学动力工程学院，湖北武汉 430033【正文语种】中文【中图分类】U664.33导管螺旋桨与普通螺旋桨的不同之处在于其桨的外围多了 1 个套筒，该套筒的纵剖面为机翼型或折角型［1］，此为导管螺旋桨的导管。
舵球对桨-舵组合系统水动力性能影响的研究
舵球对桨-舵组合系统水动力性能影响的研究赵陈;马瑶珠;张莹莹【摘要】针对某-MPV2200散货船的敞水试验桨和NACA66翼型舵,利用CFD软件对螺旋桨的敞水性能进行预报,计算结果与试验值的相对误差在6％以内,验证计算方法的可靠性.附加舵球结构,通过舵球直径和桨毂直径的比值(Db/Dh)变化,研究舵球直径对桨-舵-舵球系统的水动力性能的影响.计算结果表明,对于本桨-舵系统,Db/Dh=1.50时,舵球的节能效果最佳.该值和文献中给出的舵球最佳尺寸范围基本吻合,验证了该方法的有效性.随着进速系数J的变化,桨-舵-舵球系统与桨-舵系统的效率增幅也会发生变化,最大效率增幅可达到2.53％.这也为舵球的优化设计提供了参考.【期刊名称】《系统仿真技术》【年(卷),期】2019(015)002【总页数】5页(P126-130)【关键词】CFD;桨毂直径;桨-舵-舵球系统;水动力性能【作者】赵陈;马瑶珠;张莹莹【作者单位】浙江国际海运职业技术学院船舶工程学院,浙江舟山316021;浙江国际海运职业技术学院船舶工程学院,浙江舟山316021;浙江海洋大学船舶与机电工程学院,浙江舟山316022【正文语种】中文【中图分类】U661.33+6船舶节能减排一直是船舶工业发展的重要研究方向之一[1,2],舵球结构作为一种实用、简单的节能附加装置,其节能原理和节能效果已经被国内外很多学者研究和证明[3-4]。
对于不同的桨-舵组合,舵球的最佳节能尺寸并不是一定的[5-6]。
因此,对某船只进行二次节能改造,舵球几何参数设计需要在确定桨-舵组合下进行有限元数值模拟,以确定其最佳几何形状。
根据舵球节能原理,螺旋桨旋转时形成的环流,导致毂帽后产生低压区,通过在毂帽后极近区域布置舵球,可以补偿这一区域的流场能量损耗。
李鑫[6] 提出,舵球直径一般要大于桨毂直径,但是没有给出具体数值。
考虑到舵球的节能原理,本文使用舵球直径Db和桨毂直径Dh的比值变化,来研究舵球的节能效果。