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1、吊艙式推進(jìn)器敞水性能研究韓蕓，沈興榮，張崢摘要吊艙武推進(jìn)器是伴隨水而艦船電力推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展而于20世紀(jì)80年代末發(fā)展起來的一種新型推進(jìn)器。這種推進(jìn)器集常規(guī)推進(jìn)方式的舵、軸系、支架等附體于一身，利于重新優(yōu)化艦船醍部線型，改善阻力性能。木文對某型船拖式吊艙推進(jìn)器的單元整體及單元槳的敞水性能分別進(jìn)行了CFD分析利模型試驗(yàn)的比較研究，目的在于考察吊艙推進(jìn)器艙體、支架等對敞水性能的影響，為采用吊艙推進(jìn)器的艦船快速性預(yù)報(bào)提供一定的參考。1引言吊艙式推進(jìn)器的概念是山芬蘭KvacmcrMasa-Yard和ABB公司在19
2、89年率先捉出的。它突破了傳統(tǒng)的“柴油機(jī)加開放式的傳動軸系''推進(jìn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)定式，集推進(jìn)和操舵裝置于一體，省去了舵、軸系、軸支架等附體，能夠重新優(yōu)化船體尾部線型，改善阻力性能，極人地增加了船舶設(shè)計(jì)、建造和使用的靈活性，已經(jīng)在破冰船、可雙向行進(jìn)油輪、豪華游船、定期班輪、客滾船以及眾多的工程船舶上獲得成功應(yīng)用。木文以某船采用的拖式巾艙推進(jìn)器為研究目標(biāo)，M用商業(yè)軟件FLUENT分別對螺旋槳及吊艙推進(jìn)器整體的敞水性能進(jìn)行了定常和非定常數(shù)值計(jì)算，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算的可行性。本文同時(shí)考察了吊艙推進(jìn)器
3、艙體、支架等對敞水性能的影響，為采用吊艙推進(jìn)器的艦船快速性預(yù)報(bào)提供一定的參考。2螺旋槳和吊艙推進(jìn)器敞水性能數(shù)值計(jì)算2.1螺旋槳和吊艙推進(jìn)器模型本文所分析吊艙推進(jìn)器由艙體、支架、尾鰭、槳轂、轂帽以及五葉螺旋槳組成，螺旋槳和吊艙推進(jìn)器的模型參數(shù)分別如表1和表2所示。建模小對吊艙推進(jìn)器整體采用滑移網(wǎng)格技術(shù)來實(shí)現(xiàn)螺旋槳的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，可以更真實(shí)地模擬螺旋槳和艙體、支架等ZI'可的相互作用。采用FLUENT前處理軟件GAMBIT生成的吊艙推進(jìn)器固定區(qū)域網(wǎng)格模型如圖1所示，網(wǎng)格總數(shù)80萬，最差網(wǎng)格畸變度為0.857,動區(qū)
4、域?yàn)橐?圓林體，直徑1.27D,網(wǎng)格模型如圖2所示，網(wǎng)格總數(shù)68萬，最差網(wǎng)格畸變度為0.798?？偩W(wǎng)格數(shù)為148萬。動區(qū)域和固定區(qū)域接觸面上的網(wǎng)格盡量一致，接觸而附近區(qū)域的網(wǎng)格要求盡量精細(xì)，對流動變化劇烈的區(qū)域，如葉梢、導(dǎo)邊、隨邊、槳轂上的網(wǎng)格進(jìn)行了加密。表1螺旋槳模型參數(shù)符號單位數(shù)值葉數(shù)N5肓徑D0.200轉(zhuǎn)速N[s'1]15r/R=0.7處螺距比Po.v/D[-]1.07068平均螺距比Pmean/D[-]1.04116盤而比Ae/Ao[-10.614r/R=0.7處弦長Co.7[m]0.0504r/
5、R=0.7處槳葉厚度to.7[mm]1.9056側(cè)斜角6s[°]22.09縱斜角e[°]轂徑比dh/D[-]0.24表2艙體、支架模型參數(shù)名稱符號單位數(shù)值艙體長度Lp[m]0.2759長度直徑比Lp/D[-]1.3795艙體最大直徑dp[m]0.0867艙體直徑比dp/D[-]0.4335間距直徑比b/D[-]0.5335支架在r/R=0.7處的弦長c[m]0」467圖1用艙推進(jìn)器訃算域網(wǎng)格模型圖2動區(qū)域網(wǎng)格模型2.2吊艙推進(jìn)器單元槳和整體敞水性能數(shù)值計(jì)算2.2.1單元槳敞水性能計(jì)算整個吊艙推進(jìn)器由螺旋槳
6、、槳轂、槳轂帽、艙體、支架以及尾鰭組成，螺旋槳葉片工作在非定常流場中，要了解其水動力性能，必須計(jì)及各部件Z間的相互影響在非定常流場中進(jìn)行考察。為減少非定常計(jì)算最，木文選取進(jìn)速系數(shù)從0.4?0.9共6個。求解器為三維單精度基于壓力的非定常隱式求解器，湍流模型為Realizablek-s0各系數(shù)由下列公式計(jì)算：進(jìn)速系數(shù)：螺旋槳推力系數(shù)：吊艙單元的推力系數(shù)：轉(zhuǎn)矩系數(shù)(槳和單元的相同)：KtxKq匕n*D-p*n2*D4TxP*712*D4敞水效率:雷諾數(shù):Qp^n2*Z）5r二Co^J町+（0.75*龍*好￡）
7、7V⑴⑵⑶⑷(6)單元槳敞水性能計(jì)算結(jié)果如表3和圖3所示。農(nóng)3單元槳敞水性能計(jì)算結(jié)果JKtbuniokqHobun0.40.374920.572120.41740.50.333680.526350.504740.60.289570.476320.580820.70.242990.421010.643340.80.193960.358860.688520.90.142080.287890.70728圖3單元槳敞水特性Illi線圖2.2.2吊艙推進(jìn)器敞水性能計(jì)算吊艙推進(jìn)器敞水性能計(jì)算結(jié)果如表4和圖4所示。表4
8、吊艙推進(jìn)器整體敞水性能計(jì)算結(jié)果JKtx10KqHox0.40.365680.572120.407110.50.323980.526350.490070.60.278710.476330.559030.70.231240.421010.612230.80.181350.358860.643760.90.128660.287890.64049--A--CFD--■--CFD--W--CFD一▲一EXP---EXP一—EXP0.35
