上海船舶运输科学研究所开展“吊舱电力推进”水动力性能研究
电力推进系统在船舶中的应用与研究
电力推进系统在船舶中的应用与研究摘要：本文对船舶电力推进系统进行介绍，分析了船舶电力推进系统的原理和特点，并针对船舶电力推进术介绍其发展现状。
关键词：船舶；电力推进；现状前言：电力推进系统已有上百年历史，受到各种因素的制约，发展缓慢。
到20世纪80年代起，供电系统、推进电机及信息技术的迅猛发展，使得电力推进装置打破了长期徘徊局面，电力推进系统得到大力的发展。
近年，在特种船及海工装备领域，我国电推技术的应用日益广泛，所配套的电力推进系统，以ABB、西门子等成套进口为主。
在电推船舶核心装置电力推进系统的研发配套领域，我国相关单位的自主研发刚刚起步，大型船舶的电推进装置，目前仍以成套进口为主。
尤其是在供电系统、配电系统、推进系统方面的集成设施及配套模块相对缺乏，行业标准化也未系统形成。
随着开发研究的逐步完善，电推船舶建造及应用会在未来发生变化，船舶推进及建造模式也将随之发生改变。
一、电力推进原理随着技术进步，提出了发展综合全电力推进系统（IPS）概念，将船舶的电力系统和推进系统组成一个整体，把动力机械能转化为电能，提供给推进设备和船上其它设备使用，使船舶日用供电和推进供电一体化，实现能源的综合利用和统管理习船舶综合全电力推进系统包括：发电、输电、配电、变电、推进、储能、监控和电力管理。
是现行船舶平台的电力和动力两大系统发展的综合：它不是电力推进加自动电站的简单组合，而是从概念到方案、组成、配置、技术等方面均发生重大变化，给未来的船舶带来一场革命电力推进船舶，主要指船舶的主推进系统是由电动机所带动的。
它利用发电机（一般为柴油机发电机组、燃气轮机发电机组或涡轮机发电机组）把其它形式的能量转变成电能，再通过电动机把电能转换成机械能，实现了能量的非机械方式传递。
典型电力推进系统船的系统原理框图如下：G—主发电机；EG—应急发电机；Q—主开关；MSB—主配电板；ESB—应急配电板；M—电动机；T—变压器；VFD-变频器 BT -----侧推 MT----主推进器二、电力推进系统的特点1.电力推进系统的优点（1）可靠性好：由于投入工作原动机可调，因此可保证各发电机组在最佳工作状态。
吊舱电力推进系统性能评估及设计方法
推进功能 ， 而安装在其后 的舵则起控制方 向的作用． 如果 吊舱可 以旋转 ， 引式 吊舱推进器既行 使推进 牵
方 面 吊舱 电力 推 进 具 有 优 良性 能 、 后 对 牵 引 式 吊舱 对 转 菜 的 设 计 方 法 作 了舟 绍 ． 最
关 键 词 ： 吊舱 推 进 嚣 ；一 评 估 ；设 计 方 法 雎髓
中 国 分 类 号 ：Ｕ６ １４ ６ ３
文 献 标 识 码 ：Ａ
１ 吊舱 推 进 系 统 的 概 念
维普资讯
第 １卷 ４
第 １期
２０ ０ ８年 ２月
ＡＬ ＯＦ ＮＡＶＡＬ ＵＮＩ ＶＥＲＳ ＴＹ ＮＧＩ Ｉ ＯＦ Ｅ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｖｏ ｌ Ｎｏ １ ｌ ４ ． Ｆｅ ． ２ ０ ｂ ０２
现有的电力推进有两种不 同的方式 ： 一种是电力推进装 置和其它的原 动机和推进装置 相结合的混
合 推 进 ｛ 一 种 是 综 合 全 电 力推 进 系 统 ， 进 系 统 的 电 源 与 舰 艇 上 辅 助 电 源 都 由舰 上 同 一 电站 提 供． ０ 另 推 ８
年代以来 ， 世界各国海军建造的潜艇 几乎毫无 例外地采用第二种方式．
桨 的选 择 和 安装 带 来 灵 活 性 ， 螺 旋 桨有 更 好 的水 动 力 性 能 ， 使 给制 造 和 维修 带来 极 大方 便 ］ ． 这 一 系统 的提 出 已有 ２ Ｏ多年 的 历 史 ， 国外 对 此 系统 作 了 大 量 的研 究 ， 该 系统 各 方 面 的 性 能 进 行 对 了分 析 评 估 ， 作 了相 应 的 模 型 试 验 ， 吊 舱 推 并 对 进器 的水 动力 性 能作 了 深 入 研 究 ， 已应 用 到 实 并 船 上 ， 别 是 在 民 船 方 面 发 展 很 快 ， 术 已 较 为 特 技
上海船舶设备研究所
上海船舶设备研究所SMERI的研究方向广泛涉及船舶动力装置、节能环保技术、船舶驱动装置、自动控制系统等多个领域。
其在船舶内燃机方面的研究领域包括船用柴油机、船用气轮机、船用蒸汽机等。
SMERI在船舶发动机技术研究方面取得了举足轻重的地位。
近年来，SMERI在船舶动力系统的节能环保技术领域进行了大量研究，推出了一系列具有国际领先水平的节能环保技术，有效提高了我国船舶的环保性能。
此外，SMERI在船舶驱动装置和自动控制系统方面也取得了显著的成就。
他们研发的船舶驱动装置技术，包括电力推进系统、柴电混合推进系统等，大大提高了船舶的操纵性和航行效能；在自动控制系统方面，SMERI提供了一系列智能化控制方案，使船舶的操纵和监测更便捷，进一步提高了船舶的安全性和可靠性。
SMERI在科研合作方面也具备强大的能力。
他们与众多国内外船舶设备制造企业建立了长期合作关系，开展联合研发和技术转化工作。
此外，SMERI还积极参与国际船舶标准与规范的制定工作，为我国船舶产业的发展提供了科学有效的技术支持。
SMERI注重科研和产业之间的紧密结合，不仅在科研理论方面取得了重要突破，而且在技术转化和产业应用方面也有显著表现。
他们积极参与船舶工程项目，为国家的船舶工业发展提供支持。
SMERI还经过多年的努力，培养了大量在船舶设备研究领域具有国内外影响力的科研人才，为我国船舶设备行业的发展和科技创新做出了重要贡献。
总之，上海船舶设备研究所是我国船舶设备研究领域的重要力量，具有雄厚的科研实力和丰富的经验。
他们在船舶动力装置、节能环保技术、船舶驱动装置和自动控制系统等方面取得了举足轻重的成果，为我国船舶工业的发展做出了重要贡献。
相信在未来，SMERI将继续发挥优势，为我国船舶设备行业的发展持续提供技术支持和推动力。
吊舱式船舶电力推进实验系统的设计
简单 ， 安装 方便 ， 易于维护 ， 选择范 围广等优 点 ， 适合 远距离
数据传输 ， 因此系统利用 其作 为传输指令 和信号 的通道 。
３ 实 验 系统 控 制方 案
吊舱式 电力推进实验系统 的控制方案主要 由推进控制 子 系统 和回转控 制 子系 统两 部分 组 成。其结 构 如 图 ２所
ｌ 操作面板 ｌ Ｔ ０ Ｍ ｌ ｌＥ ２ ０ 图 １ 吊舱 式 电 力推 进 实 验 系统 布 局 图
万 钟 睦 志 剑
面
睦 ． Ｉ 剑 控 制
Ｉ言 Ｌ 型 ／ 号
馗
ｌ操作面板 Ｉ ｌ ７３ ０ Ｌ － Ｐ Ｃｌ ｓ ０
＿ １ 鳖
回转控制
性能和处理故障 的能力 。
系统 的设计应该满足 以下性能指标 ： １ ）远程操作 与就地 操作之 间 的无扰 切换 。能够及 时 响应操作 台切换命令 ， 完成功能移交和功能切 除。 ２ ）港 内航行模 式 的选择 。航 行模 式主要 有港 内航 行 模式 、 正常航行模式和 紧急停船 模式 。每 种航行 模式 对应 不同的航行 工况 ， 系统 能够根 据 工况 的变 化 ， 切换 航行 模
吊舱式船舶 电力推进实 验系统 ， 整个 系统 硬件结 构 由驾 控
台、 机旁 台和船体模 型组成 ， 主要 控制 系统 有推进控制子 系
统 和 回转 控 制 子 系 统 。
２ 系统结构与主要功能
本实验系统主要由驾控 台、 机旁台和船体模 型构成 ， 如
图 １ 示。 所
于船舶动力系统 的简化和布局 ， 优化船 舶总体设计 ， 改善操
８ ６
朱
楼等 ： 吊舱式船 舶电力推进实验 系统 的设计
单桨运输船采用吊舱式推进器性能试验研究
规推 进约低 ３ ％，动力 传递效 率或许低 更 多 （ 目前使用 电力推进 时 ，其发 电、变频 、线 路输送 、 电力一
动 力变换输 出效 率约８ ％；使 用轴系ｚ ９ 型传 动效率 稍高一 些 。），两者 效率 都逊于 常规推 进 ，似 乎其快
收稿 日期 ：２ １．２１；修 改稿 收稿 日期 ：２ １－５１ ０００．０ ０００．８
５卷 ｌ
第 ４期 （ 总第 １３ ） ９期
史～ 鸣 ， ： 桨运输 船采 用 吊舱式 推进器 性能试 验研 究 等 单
速性 可 能劣 于 常规桨推 进方 式 。另外 ，采用Ｐ Ｄ取 代舵可 能会 削弱 船舶 的航 向稳 定性 。等等 ，对此 本 Ｏ
文开展 了一定研 究 。
１ 快 速 性 比较
５卷 １
第 ４期 （ 总第 １３期 ） ９
中
国
造
船
Ｖ １Байду номын сангаас１ Ｎｏ Ｓｒ ｌ ． ９ ） ｏ． ５ ． ｅ ａ Ｎｏ １ ３ ４（ ｉ
Ｄｅ ． ０ ０ ｃ ２ １
２ １年 １ 月 ００ ２
Ｓ ＰＢ ＬＤＩ ＨＩ ＵＩ ＮＧ ＨＩ ＯＦ Ｃ ＮＡ
文 章编 号 ： １０—８ ２ ２ １） ４０ ３ ． ０ ０４ ８ ０ ０ ０ ．０ ６９ ｆ
３ １ ０ ０ Ｗ Ｔ 学 品／ 船Ｐ 推 进 器 布 置 图 ９０Ｄ 化 油 ＯＤ
采用 吊舱式推 进形 式后 ，对 原船型 首尾线 型在设计 航速 （５５ｎ １． ）作 了优 化 ， （ 图１ ｋ 见 ，图２ ），采
验 结果 的 比较 分析ｆ 试验缩 尺 ￣． ２ ．６ ７。 Ｌ ＝ ４１６ ） ２
中
国
造
吊舱式CRP推进器水动力性能数值模拟
（ ｅ ａｔ ｎ ｆＮａ ａ Ａｒｈ ｔｃｕ ｅａ ｄ Ｏｃ ａ ｇｎ ｅｉｇ Ｎａ ａ Ｕｎｒｖｉ Ｄ ｐｒ ｍｅ ｔｏ ｖ ｌ ｃ ｉ ｔｒ ｎ ｅ ｎ Ｅｎ ｉｅ ｒ ， ｖ ｌ ｉ ｓｔ ｅ ｎ ｅ ｙ
ｏ ｎ ｉ ｅｉｇ Ｗｕ ａ ３ ０ ３ Ｃ ｉａ ｆ ｇ ｅｒ ， ｈ ｎ４ ０ ３ ， ｈｎ ） Ｅ ｎ ｎ
Ａｂｓｒ ｃ ： ｔ ａ ｔ
Ｎｕ ｂ ｒｃ ｌ ｍ ｏ ｅ ｏ ｐ ｄ ｄ ｅ ｎ ｒ －ｏａ ｉｇ ｍ ｅ ｉａ ｄ ｌ ｆ ｏ ｅ ｏ ｔａ ｒ ｔ ｔ ｐｒ ｐ ｌｏ ｉ ｅ ｔｂ ｓ ｅ ｎ ｏ ｕ ｓ ｒ ｓ ｓａ ｉｈ ｄ，ｔ ｅ ｕｎ ｔａ ｙ ｈ ｓｅ ｄ
第３ ４卷 第 １ ０期
２ ２年 １ 月 ０１ ０
舰
船
科
学
技
术
Ｖｏ ． ４， Ｎｏ １ １３ ．０
Ｏｃ ．，２０１ ｔ ２
Ｓ １ Ｈ Ｐ ＳＣＩ ＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨ ＮＯＬＯＧＹ
吊舱 式 Ｃ Ｐ推 进 器水 动 力性 能 数 值 模 拟 Ｒ
盛 立 ， 熊 鹰 ， 杨 勇
ｈ ｄ ｏ ｙ ａ ｉｓ ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｏ ｈ ｐ ｄ ｄ ｏ ｔａ ｒ ｔｔｎ ｐｒｐｕ ｓ ｒ ｎ ｎｉ ｒ ｌｏ ｙ ｒ ｄ ｎ ｍ ｃ ｅ ｒ ｎ ｅ ｆ ｔ ｅ ｏ ｅ ｅ ｎｒ —ｏａｉ ｇ ｆ ｏ ｌｏ ｉ ｕ ￣ ｍ ｆ ｗ ａ ｅ ｒ ｄ ｃｅ ｂｙ ｈ ｒ ｐ ｉ ｓ ｏ ｔ ａ ， ｈ ｎ ｍｅ ｉ ａ ｍｅ ｈ ｄ ｒ ｓ ｎｔ ｄ ｎ ｈ ｓ ａ ｅ ａ ｇ ｏ ｐ ｅ ｉ ｉ ｎ ｎ ｈｅ ｉ ｆ ｂ ａ ．Ｉ ｓ ｈ ｗｎ ｈ ｔ ｔ ｅ ｕ ｒｃ ｌ ｔ ｏ ｐ ｅ ｅ ｅ ｉ ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｈ ｓ ｏ ｄ ｒ ｃ ｓｏ ｉ ｔ
吊舱式推进器水动力性能研究综述
Ｓ ｍ ｍ ａ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｙ ｒ ｄ ｎ ｍ ｉ ｓｐ ｒ ｏ ｍ ａ ｃ ｔ ｄ ｕ ｒ ｚ ｔｏ ｆｈ ｄ ｏ ｙ ａ ｃ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅ ｓｕ ｙ
ｏ ｏ ｆｐ ｄｄｅ ｏ ｌｏ ｄ ｐｒ ｐｕ ｓ ｒ
Ｓ Ｅ ｉｇ ｒｎ ， ＡＩ ｕ －ｉ， ＡＩ ｏｇ ｑ ａ ， Ｅ Ｇ Ｘｕ — ｉ Ｈ Ｎ Ｘ ｎ －ｏ ｇ Ｃ ｅｊｎ Ｃ ｎ － ｕｎ Ｆ Ｎ ｅ ｍｅ Ｙ Ｒ
ｆｒ ｎ ｅ ｏ ｅｆｌ ｓ ａｅ ｐ ａ ｅ ｒｐ ｌ ｏ ｅ ｓｌｉ ｉｎｆ ａ ｔｔｉｇ ｔ ｅ ｓ ｉ ｅｉ ｅｓ ａ ｄ ｔｅ ｓ ｉ ｏｍａ ｃ ｆｔ ｕｌ ｃ ｌ ｈ ｏ ｄ ｐ ｏ ｕｓ ｎ ｖ ｓｅ ｓａ ｓ ｉ ｃ ｎ ｏ ｔ ｈｐ ｄ ｓ ｄ ｉ ｇ ｉｎ ｈ ｈ ｎ ｇ ｒ ｎ ｈｐ ｈ
来 经过 十多 年的发 展 ， 其是新 世 纪 以来 ， 尤 其发展 更呈 现蓬 勃之 势 ， 吊舱 推进 系统 的优 点正 被越 来越 多
的人所认 识 。
吊舱式推 进器 的主要 特点㈣ 如 下 ： （ ）整体 效率 高 ； １ （ ）操纵性 能好 。 进器 可在 ３ ０ 范 围内旋转 ， 大地提 高 了船 舶 的操纵性 和机 动性 ； ２ 推 ６。 极 配合船 艏侧 推器 ， 吊舱 式推 进器可使 船 舶完成 原地 回转 、 向平 移 、 确定 位等一 般推 进器 难 以完 成 的操 作 ； 横 精 （ ）噪声低 、 动小 ， ３ 振 吊舱式 推进器 与 常规桨 相 比可 得 到更 均 匀的进 流 ， 明显 降低 振动 及噪 声水平 ， 能够 提高舰 船隐 身性 能 ；
吊舱 式推进器水 动力性能研 究综述
沈 兴荣 ，蔡 跃进 ，蔡 荣 泉 ，冯 学梅
（ 国船 舶 及海 洋 工 程 设 计 研 究 院 ， 海 ２０ １ ） 中 上 ０ ０ １ 摘 要 ：近十 多 年 来 吊舱 推 进 器 在 众 多 的船 型上 取 得 了成 功 的 应 用 、 累 了使 用 经 验 ， 积 预报 其 实 船 性 能 成 为 船 东 和 设 计 部 门关 注 的重 点 。文 中介 绍 了 吊舱 式 推进 器 的特 点 ， 析 、 绍 了 目前 几种 主要 的 吊舱 推 进 器 模 型 试 验 方 法 分 介
船后吊舱推进器的水动力性能研究
ｆｒ ｕ ａ ｏ ｍ ｌ．Ｕ ｓｎ ｈ ａｃ ｌｔ ｄ ｒｓ ｌｓｆ ｒｔ ｅｓ ｉ Ｓｗａ ｅ ｈ ｙ ｒ ｄ ｎ ｍ ｉ ｐ ｒｏ ｍ ａ ｃ ｆｔ ｅＰ ｉ ｇ ｔ ｅｃ ｌｕａ ｅ ｅ ｕ ｔ ｏ ｈ ｈｐ’ ｋ ，ｔ ｅｈ ｄ ｏ ｙ ａ ｃ ｅ ｆ ｒ ｎ ｅｏ ｈ ＯＤ ｒ — ｐ ｏ ｐ ｌ ｒｗａ ｈ ｎ ａ ａ ｙ ｅ ． Ｔｈ ｅ ｅ ｒ ｈ ｓ ｏ ｄｔ ａ ｈ ｐ Ｓｗａ ｅｃ ｎ ｓｇ ｉｉａ ｔｙ ｒ ｄ ｃ ｈ ｆｉｉｎ ｙｏ ｅｌ ｓｔ ｅ ｎ ｌｚ ｄ ｅ ｅｒ ｓ ａ ｃ ｈ ｗｅ ｈ ｔａｓ ｉ ’ ｋ ａ ｉｎ ｆ ｎ ｌ ｅ ｕ ｅｔ ｅｅ ｆ ｅ ｃ ｆ ｃ ｃ
ｎ ｍ ｉ ｂ ｈ ｖｏ ｆＰ ａ ｃ ｅ ａ ｉ ｒｏ ＯＤ ｎ ａ ｗａ ｅ ｗａ ｎ ｅ ｔ ａ ｅ ． Ｔｈ ｋ ｅｏ ｉｙ ｄｓｒｂ ｔ ｎ ｗａ ａｃ ｌｔｄ ｗｉｈ ｉ ｋ ｓ ｉｖ ｓ ｉ ｔｄ ｇ ｅ ｗａ ｅ ｖ ｌｃｔ ｉｔ ｉｕ ｉ ｓｃ ｌｕａ ｅ ｔ ｏ
ｃ ｍ ｐ ｔ ｔｏ ａ ｕ ｄ ｄ ｎ ｍ ｉｓｍ ｅ ｈ ｄ，ｔ ｅ ｈ ｄ ｏ ｙ ａ ｉ ｂ ｈ ｖ ｏ ｆｔ ｅ ＰＯＤ ｒ ｐ ｌｅ ｓ ｅ ａ ｕ ｔ ｄ ｕ ｏ ｕ ａ ｉ ｎ ｌ ｉ ｙ ａ ｃ ｔ ｏ ｌ ｆ ｈ ｙ ｒ ｄ ｎ ｍ ｃ ｅ ａ ｉｒｏ ｈ ｐ ｏ ｅｌ ｒ ｗａ ｖ ｌ ａ ｅ — ｓｎ ｈ ｕ ｆ ｃ ａ ｅ ｅ ｈ ｄ ｉ ｇ ｔ ｅ ｓ ｒａ ｅｐ ｎ ｌ ｔ ｏ ．Ｔｈ ｎ ｅ ａ ｔｏ ｅ ｗｅ ｎ ｔ ｅ Ｐ ｍ ｅ ｉ ｔ ｒ ｃ ｉ ｎ ｂ ｔ ｅ ｈ ＯＤ ｎ ｈ ｒ ｐ ｌ ｒ ｗａ ｅ ｅ ｍｉ ｅ ｙ ｉ ｒ ａ ｄ ｔ ｅ ｐ ｏ ｅ ｌ ｓｄ ｔ ｒ ｎ ｄ ｂ ｔ — ｅ ｅ ａ ｉ ｅ ｃ ｌｕ ａ ｉ ｎ ．Ｔｈ ｎ ｕ ｅ ｅ ｏ ｉｙ ｂ ｔ ｅ ｈ ｔ ａｃ ｌｔ ｓ ｖ ｏ ｅ ｉ ｄ ｃ ｄ ｖ ｌ ｃ ｔ ｅ ｗｅ ｎ ｔ ｅ ＰＯＤ ｎ ｈ ｒ ｐ ｌ ｒ ｗａ ａ ｃ ｌ ｔ ｄ ｂ ｈ ｏ ｉ ｏ ａ ｄ ｔ ｅｐ ｏ ｅｌ ｓ ｃ ｌｕａ ｅ ｙ ｔ ｅＭ ｒ ｅ ｎ
粘性流场中吊舱推进器水动力性能数值研究
今不过短 短二十 年左右 的时 间， 尚未积累足 够 的数 据和 使用经 验 ，以建立如 常规螺 旋桨那样 的 吊舱 推 进器 的设 计及其 水动力 性能研 究的标 准方法 。模 型试验和 数值模 拟 是 目前研 究 吊舱 推进器水 动力性 能 最 有效 、最常用 的两种 手段 ，但 吊舱 推进器 较常规 螺旋桨 在结构 形式 上更为 复杂 ，且各部件 之 间存 在
相互干扰 ，这给模 型试 验和数值 模拟 都带来 一定 的困难 。 数值模 拟可 以相对低 的成本 快捷地 提供 比试验 丰富 的流场信 息 ，这 些信 息对方案 设计阶 段快速 、
准 确地确 定设计方案 ，对优化 设计阶段 指导优 化方 向相当重要 。 吊舱推 进器水动 力性能 数值 模拟 方法
粘性流场 中吊舱推进器水动力性能数值研究
沈兴荣 ，蔡荣泉 ，冯学梅 ， 蔡跃进
（ 中国船舶及海洋工程设计研究院，上海 ２ ０ １ ） ０ ０ １
摘
要
应用滑移网格技术对粘性流场中吊舱推进器 的水动力性 能进行 了数值模拟，成功预报 了吊舱推进器在
粘性流场中的敞水性 能，和试验结果相 比，推力系数最大偏差为 ２ ． ９％，扭矩 系数最大偏差为 ０８ ．％。考察 了吊舱推进器各部件及周 围的流动特征，包括压力分布、速度矢量分布 、流线及 涡的形态等，为 吊舱推进 器各部件 的优化设计以及 吊舱推进器在工程上的应用提供 了详细的流场信息
理 ，它 除了可 以计算 吊舱推进 器 单元 的敞水性 能之 外 ，还 可 以模 拟 吊舱推进 船舶 的 自航 性 能，但 是， 粘 性计算 需要耗 费大 量 的计 算 时问和计 算机 资源 ，从实用 性上来 讲 ，粘流 方法对 网格 划分 、湍流模 型 以及 边界 条件 的处理 等相 当敏 感【。 吊舱推 进器 粘性 流场计 算 中的主 要 困难在 于对 螺旋桨 的处 理 。因 ５ Ｊ 为，即使计 算 吊舱 推进 器单 元的 敞水性 能 ，也会 遇 到动 、静两部 分 ：螺旋桨 处于 转动 状态 ， 吊舱 、支 架和 尾鳍 处于静 止状 态 。 目前有 三种 处理 方法 Ｈ ：激励 盘方法 、体 积力 方法 以及 滑移 网格方 法 。前 ］ 两种 方法将 实际 螺旋桨 的几何 形状进 行简 化 ，以激励 盘 （ 压力或速 度跃 升 ）或桨盘 面上 的体 积力替代
基于CFD方法的POD吊舱式集装箱船水动力性能研究
基于CFD方法的POD吊舱式集装箱船水动力性能研究吊舱式推进器(又称POD推进器)是近年来发展起来的一种新型的船舶推进装置,该推进系统可以节省舱室空间,降低主机的振动,增加推进效率,提高船舰的操纵性能,因此,在商用船舶和军事舰艇的应用上POD推进器具有极高的价值。
本文在此基础上,以波兰B573集装箱船为研究对象,通过改建Pram艉型的船艉,搭载POD推进器,运用计算流体力学(CFD)数值方法,展开了对船模和POD推进器的定常和非定常水动力性能研究。
在对B573集装箱船一系列研究的基础上,在三维建模软件MAYA中使用NURBS曲面建立了载有POD推进器的Pram艉型的新型船模,对集装箱船伴流场的网格划分方法进行研究,计算新型船模的随航速变化下阻力的变化,并对新型船模螺旋桨盘面的尾流场进行分析,将计算结果与试验结果进行对比,得出新型船模的阻力降低约10%,且螺旋桨盘面的尾流场分布更加均匀,有利于改善螺旋桨的工况。
本文采用滑移网格的计算方法,在流体分析软件CFX中分析了敞水拖式与推式POD推进器的非定常水动力性能,在一个旋转周期内,研究舵、吊舱、螺旋桨在X,Y,Z三个坐标方向上的推力和转矩等随旋转角度而变化的情况。
通过分析可以发现这些变量呈周期性振荡,且在相同工况下,拖式POD推进器的推力高于推式POD推进器,约为21.1%。
将Pram艉型的船体与拖式POD推进器结合,采用SST k-ω湍流模型,当偏转角为0。
时,计算船后POD推进器的水动力性能,并与敞水工况下的水动力性能进行对比,发现POD推进器的推力和转矩提高了9-10%,且推进效率提高1%,这是由于POD推进器受到船体伴流场的影响。
此外选取了POD推进器偏转角为5°、10°、15°、20°、25°、30°、45°、90°、135°、180°,研究了偏转角对POD推进器水动力性能的影响,结果表明当偏转角约为11°时,POD推进器在X方向的推力达到最大值,然后随着偏转角的增大而逐渐减小。
船舶推进系统水动力学性能研究
船舶推进系统水动力学性能研究船舶推进系统是船舶运行的核心部件之一。
它的设计和优化对船舶的性能至关重要。
在船舶推进系统中，水动力学性能是一个至关重要的研究领域。
水动力学性能研究对于改善船舶的推进效率、减少能源消耗、提高船舶的经济性和环保性具有重要意义。
船舶推进系统的水动力学性能研究包括了推进器的推力、效率、噪声和振动等方面。
推进器的推力是指推进器在单位时间内产生的推力大小，它决定了船舶的推进速度。
推进器的效率是指推进器在将推力传递给船体的过程中的能量转化效率。
较高的效率能够减少能源消耗，提高船舶的经济性。
噪声和振动是推进系统中的两个不可忽视的问题，它们对船员的健康和船舶设备的寿命都有一定的影响。
为了研究船舶推进系统的水动力学性能，科研人员使用了各种方法。
其中，实验方法是一种重要的研究手段。
通过在水池中建立实验模型，可以模拟真实的船舶运行情况，得到推进器的性能参数。
实验方法能够直观地观察和量化推进器在水中的运动情况，为推进系统的设计和优化提供了重要的数据支持。
此外，数值模拟方法也被广泛应用于船舶推进系统的水动力学性能研究中。
通过建立数学模型，采用流体力学方法对船舶推进系统进行数值模拟，可以得到推进器的水动力学参数。
数值模拟方法具有成本低、灵活性高、可重复性好等优点，可以较准确地预测推进器的性能和优化设计方案。
除了实验和数值模拟方法外，船舶推进系统的水动力学性能研究中还涉及到流场分析、气泡动力学和推进器振动等方面的研究。
流场分析主要关注推进器周围的流动情况，通过分析流动特性可以优化推进器的形状和结构，提高推进效率。
气泡动力学研究主要关注气泡对推进器效率的影响，通过控制气泡的分布和大小可以减少气泡对推进器性能的影响。
推进器振动研究则关注推进器的振动情况，通过改进推进器的结构和减震装置可以降低振动对推进器和船体的损害。
船舶推进系统的水动力学性能研究为提高船舶的安全性、经济性和环保性提供了重要的理论和实践基础。
单桨运输船采用吊舱式推进器性能试验研究
单桨运输船采用吊舱式推进器性能试验研究随着航运行业的不断发展和技术的不断更新，如今的船舶推进器也在不断创新和改进。
单桨运输船采用吊舱式推进器是一种新型的推进器形式，其具有推进效率高、阻力小、节能环保等优点，受到了越来越多船舶设计师和船东的青睐。
为了进一步验证吊舱式推进器的性能特点以及对单桨运输船的适用性，进行性能试验研究显得尤为重要。
首先，吊舱式推进器的性能试验可以从推进效率和功率输出等方面进行研究。
通过对吊舱式推进器在实际航行中的推进效率进行测算和分析，可以了解其在实际运行中的推进效果如何，是否能够满足船舶运输需求。
同时，对推进器的功率输出情况进行研究，可以了解推进器在实际工作中所消耗的能量以及其对船舶整体性能的影响。
其次，吊舱式推进器的性能试验还可以从阻力减小和运行稳定性等方面进行研究。
由于吊舱式推进器的结构设计独特，可以有效减小船体与水流的摩擦阻力，从而提高船舶的推进效率。
此外，对于船舶在高速航行和恶劣海况下的稳定性也是一个重要考量因素，性能试验可以验证吊舱式推进器在不同海况下的运行稳定性和安全性。
最后，吊舱式推进器的性能试验还可以从节能环保和维护保养等方面进行研究。
随着环保意识的日益增强，船舶的节能环保性能也成为船东和船舶设计师们关注的焦点之一、吊舱式推进器具有高效能、低阻力的特点，可以有效减少燃油消耗，从而降低运营成本。
同时，推进器的维护保养情况也是影响船舶整体运行效率的重要因素，通过性能试验可以对吊舱式推进器的维护保养需求进行研究和优化。
综上所述，吊舱式推进器的性能试验研究对于单桨运输船的设计和运行至关重要，可以为船舶设计师和船东提供实用的参考数据和指导意见。
通过对吊舱式推进器的性能特点进行深入研究和分析，可以促进航运行业的技术创新和发展，推动船舶运输行业走向更加高效、节能和环保的方向。
吊舱推进器水动力分析及其载荷特性研究
为提高网格的质量，同时控制模型的规模，对吊舱推进 器的几何模型进行简化，删除螺旋孔、倒角等对计算结果的 精度影响较小的特征，去除模型内部的几何特征以及用于安 装的法兰。
- 123 -
中国新技术新产品 2023 NO.6（上）
工程技术
不同的进速系数设置速度，其中 J=VA/nD，出流边界设置 为 Outflow（当 J=0 时，入流边界设置为 pressure-inlet，出 流边界设置为 pressure-outlet）。螺旋桨、吊舱包以及支柱 表面均设置为物面无滑移条件。在交界面处，由于需要模 拟流场为旋转部件流场静止区域与旋转区域相重叠的面设 置为交界面，以完成２个区域的数据传递。对螺旋桨附近 区域来说，由于螺旋桨部分要进行旋转，因此采用多参考 系模型（MRF）方法来处理。在 MRF 方法中，计算区域分 为不同的子域，每个子域的控制方程是关于子域参考系而 写的。
图 2 吊舱推进器和吊柱表面压力云图
图 4 J=0.7 吊舱包、吊柱、尾舵表面压力情况
图 5 J=1.0 吊舱包、吊柱、尾舵表面压力情况
图 3 螺旋桨表面压力云图
2.3 敞水性能结果及吊舱表面压力分布
为了更好地描述出螺旋桨及吊舱效率曲线，当 J 为 0~0.8 时，将计算步长设置为 0.05，当 J 为 0.8~2 时，步长设置为 0.1。当 J=0.65 时达到最高效率 69.20%，同样，当 J=0.65 时 吊舱单元的效率达到最高值 64.50%。
这 2 个部分区域间通过共节点进行连接。该方法可以减 少计算网格量，同时提高计算效率。
舰船水动力性能研究及其在设计中的应用
舰船水动力性能研究及其在设计中的应用舰船是国家海洋力量的象征，所以其设计与制造一直是军事科学技术的重要领域。
作为舰船设计过程的重要组成部分，水动力性能的研究与优化已成为海洋工程领域的难点和热点问题。
水动力性能是指船在水中运行时所受到的各类阻力、推进力和流体力学效应等因素的影响。
例如，重载电子导弹驱逐舰就需要具备较强的加速性能和超过20节的高航速，以适应现代化特战需要；而补给舰则需要具备较低的阻力和较高的传动效率，以便能够长时间巡航。
舰船水动力性能的研究内容主要包括：船体的流体力学性能、船舶动力学性能、推进性能、操纵性能等。
1. 船体的流体力学性能船体的流体力学性能是指船体在运行过程中，与周围水体之间产生的各种相互作用，如阻力、流场分布、气泡、压力脉动等水动力现象的研究。
流体力学性能的研究对于船舶的性能、控制和设计都具有重要的作用。
如在设计新型舰船时，科学地评价船体的流体力学性能可以节省一定的生产成本，降低交船完成时间。
同时，研究船体的流体力学性能也有助于提高船舶的速度性能和耐波性能。
2. 船舶动力学性能船舶动力学性能主要是指船舶在水中运动过程中所受到的各种力学影响和变化，如浪陡型、姿态、加速度等。
船舶动力学性能的研究有助于评估航速性能和船舶姿态，进而指导航行和能源使用等方面。
对于大型军舰，动力学性能评估也是一个关键问题。
船舶在海上要面临着复杂多变的海域和气候环境，而唯有考虑一些船体的动力学参数，方可更好地维持航行方向，避免受到外界风力和海浪等影响。
3. 推进性能推进性能主要是指船体的推进方式和方法及效率等问题。
对于各种类型的舰船，在选择船体动力方面，需要根据不同的载重和航速等运输条件采用最为合理的动力配置。
推进效率直接影响船体能源利用和航速等技术性参数，因此在推进性能的评估方面，需要根据现代先进的流体力学方法和数值模拟技术，通过模拟分析和实验验证，来评估船舶的推进效率。
4. 操纵性能操纵性能主要是指船体在海面上的航行及航向操纵等方面的性能。
11830吊舱式电力推进装置的应用
上海造船 2007年第 1期 (总第 69期 )
— 19 —
(ACS600W ) 、1套 5次谐波滤波器和 1 套紧凑型吊 舱式推进装置 (Azipod)组成 。 3. 1 中心电站
中心电站设有 3台主柴油发电机组 (每台机组 功率为 1 800 kW , 1 000 r/m in, 690 V , 50 Hz) , 1 台 停泊柴油发电机组 (机组功率为 600 kW , 1 000 r/ m in, 690 V , 50 Hz) 。主柴油发电机组既供推进电机 等动力系统的用电 ,又供船舶日常用电 。 3. 2 6脉冲推进变频器
1 前 言
由 708研究所设计 ,江南造船 (集团 )有限责任公
司建造的综合海洋监测船“中国海监 83”号是首艘由
我国自行设计的采用紧凑型吊舱装置的全电力推进
系统船舶 ,也是目前国内最大、设备最先进的综合海
洋监测船。其主要技术参数 :
总 长
98 m
垂线间长
86 m
型 宽
15. 2 m
型 深
(2) 690 V 电缆与 400 V 电缆分束 ; (3)每根电缆接地必须良好 。 经上述有效的技术措施 ,效果明显 。试航测试 报告显示 :发电机组 ( 1 800 kW ×3 + 600 kW )同时 工作 ,电站总负荷 4 140 kW , 690 V 电网的谐波值为 8. 6% (符合允许数值 10%以下 ) , 400 V 电网的谐 波值为 4. 3% (符合规范规定数值 5%以下 ) 。试航 中通信电子设备的工作正常 。
吊舱式推进器偏转工况下水动力性能
吊舱式推进器偏转工况下水动力性能
熊鹰;盛立;杨勇
【期刊名称】《上海交通大学学报》
【年(卷),期】2013(47)6
【摘要】针对吊舱推进器的关键技术,探讨了吊舱推进器在偏转状态下的水动力性能.利用空泡水洞以及吊舱动力仪进行了吊舱推进器在偏转工况下的一系列试验研究,比较分析了不同偏转角下吊舱推进器水动力性能.同时,结合RANS(Reynolds-averagedNavier-Stokes)方程和RNG(Random numbergeneration)k-ε湍流模型,运用滑移网格方法对吊舱推进器在偏转状态下水动力性能进行了数值模拟,并将试验结果和数值结果进行了比较分析.结果表明:偏转角度越大,试验值与计算值偏差越大,尤其是吊舱推进器沿来流方向推力的偏差较大,但总体变化趋势较为一致.【总页数】6页(P956-961)
【关键词】吊舱推进器;水动力性能;空泡水洞;偏转角度;模型试验;数值模拟
【作者】熊鹰;盛立;杨勇
【作者单位】海军工程大学舰船工程系;海军装备研究院
【正文语种】中文
【中图分类】U661.71
【相关文献】
1.基于重叠网格的吊舱推进器偏转工况水动力性能数值模拟 [J], 徐嘉启;熊鹰;时立攀
2.偏转工况下吊舱推进器的敞水性能 [J], 郑子波;李铁骊;郭晓晶;胡俊明;邢健
3.偏转工况下吊舱推进器的水动力和空泡性能 [J], 李善成;熊鹰;王展智
4.拖式吊舱推进器敞水中直航和操舵工况水动力性能数值预报 [J], 袁帅;邹璐;邹早建;吴琼
5.L型吊舱推进器直航及操舵工况水动力性能试验研究 [J], 赵大刚;郭春雨;苏玉民;豆鹏飞;景涛;张海鹏
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
【文献综述】吊舱式船舶推进器设计
文献综述机械设计制造及其自动化吊舱式船舶推进器设计引言电力推进应用于工程船、破冰船及潜艇等,已经有很长的历史。
20世纪八九十年代吊舱推进器的出现,给电力推进注入了新的活力。
与传统的螺旋桨推进方式相比,吊舱推进器可以省去推进轴系,提高舱容,进一步优化船尾型线,提高推进效率,抑制螺旋桨空泡、船尾振动及水下辐射噪声,省去舵及侧推器并提高船舶操纵和紧急机动能力等,为船舶设计、制造及维护提供了诸多改进空间。
吊舱推进器首先在民用船舶上得到应用,但其各方面的潜力已受到发达国家海军的高度重视。
国外开展的吊舱式推进器研究已比较深入，各国海军对这一新技术投入了大量的财力和人力，与科研院所和高校合作，开发高效、低噪声、操作性能好的吊舱，并用于潜艇等舰船上。
我国吊舱式推进器研究工作尚处实验室阶段。
通常采用吊舱壳体模型和电机分离的形式，整个吊舱模型固定在支架上，电机没有置于吊舱内部，因此，并非实现真正意义上的吊舱式推进，无法准确反映吊舱式推进器的真实情况。
往往需要根据实际吊舱式推进器来设计实验模型，再结合模型实验结果来推断实际应用情况，最后再进行实船试验，对船舶的各项性能进行在线跟踪测量，获得数据以改进设计，提高吊舱推进器的各项性能指标。
一、吊舱式推进器的发展历史众所周知，能源和推进器是船舶推进的两个重要因素，而推进器的作用就是把能源转变为推船前进的推力。
而螺旋桨主要用来解决船舶的推进问题，是目前船用推进器中效率比较离、制造比较方便、应用最广的一种。
船用螺旋桨是造船行业必备的推进部件，它的设计与加工精度，将直接影响船的推进速度。
可见，螺旋桨的设计与加工对造船来说是很重要的。
人们在长期的实践中使用过多种形式的推进器。
吊舱式推进器是近年来发展起来的一种新型的船舶推进装置，该装置可以提高舰船总体性能，节省舱室空间,增加有效载荷，提高舰船的作战使用效能，可充分发挥电力推进系统的优越性，因而具有广阔的市场应用前景和极高的军事应用价值。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
２０ ０ ２３ ７
３８ ２
２ ３ ２ ４
２ ５
００ ． ０２ ００９ ． ０
０ ０ ２ ． ２
０ ４ ．２ ０ ４ ．５
０ ５ ．
６ ０ ７ ０
７ ０
１３ ８ ７ １５ ０ ９ １７ ３ ５ １８ １ ６ １９ ０ ５
３０ ８ ４４ ０ ４９ ２ ４７ ５ ４５ ８
６ ４
上 海 船 舶运 输 科 学 研 究 所 学 报
表 ３ 第 ２次试航测量数据 （ 载客 １０位 。 ３ 船员 ６位 。 测试人员 ６位 ）
２０ ０ ９年第 ２ 期
船名
飞翼 １
机 型
６ ＡＹｈ ｒ Ｅ
柴油机 出厂号 ：７０ 右机） ０１（ 排气温度／ ＇ ｃ （ 随机表温） 机 舱 温 度 ／ ＇ ｃ 增 润 压 滑 压 油 力 压 ／ ａ ／ ａ Ｍｅ ＭＰ 淡 水 温 度 ／ ＇ Ｃ
０５ ． Ｏ５ ． ０５ ． Ｏ５ ． Ｏ５ ．
７ ０ ７ ５ ７ ５ ７ ５ ７ ８
８ 结 语
到 目前 为止 ， 船投入 航线 营运 已 １ 该 ２个多 月 ， 柴油 机累计运 转 了约 ３５０ｈ 柴油机 的可靠性 、 ０ ， 耐久性 和 易维 护性得 到 了充 分展 现 。期 问 ， 船舶 也经受 多次 ７ 风浪 的考验 。在满 载高速航行 中， 油机机身 振动位 级 柴 移前 后方 向为 ０ ０ ．８ｍＥ， 右方 向为 ００ 左 ．９ｍｍ， 垂直 方 向为 ００ ｎ其振 幅位移 远小 于 Ｃ Ｓ规 范要求 ， ． ６ｍｒ， Ｃ 相 比其 它 同类 玻璃 钢高速 客船 ， 振动 、 其 噪声情况 大为改 善 ， 客舱舒 适度 提 高 ， 高速航 行 中没 有 出现 尾倾 现象 ，
柴油机额定转速 ： ０ ／ ｎ １９ ０ｒｍｉ 柴油机额定功率 ：１ Ｗ ６０ｋ
柴 油 机 转 速 （／ ｎ ｒｍｉ）
７５ ６ １０４ ０
１１ ５ ８
各缸 排 温 ＮＯ １ ．
２９ ０ ３８ ０
３３ ４
Ｎ０ ２ Ｎｏ ３ ＮＯ ４ ． ． ． Ｎｏ ５ Ｎｏ ６ ． ．
自 ２０ 年底引进了 ２ ０８ 套毂 罩式电力推进模 型试 验动力仪 ， 建立 了电力推进模 型试验测试平台 ， 率先在 国内开展 了“ 吊舱推进器 （Ｏ ）及“ 转吊舱组合 推 Ｐ Ｄ” 对 进系统（ Ｒ － Ｏ ” Ｃ Ｐ Ｐ Ｄ）船模试验研究 ， 填补了国内在 Ｐ Ｄ推进 、 Ｏ 尤其是 Ｃ Ｐ Ｐ Ｒ － ０Ｄ
推进 方式模型水动力试 验研究 的空 白。 今后 ， 上海船研所将进一步开展全 回转推进器（ ｉ ｔ ｈｕｔｒ 、 ｚ Ａ ｍｕｈＴ ｒｓ ） 吊舱推 ｅ 进器（ ＯＤ 、 Ｐ ）对转 吊舱组合推进 系统 （ Ｒ － Ｏ ） Ｃ ＰＰ Ｄ 在多种船 型上 的应用与研究 ，
对 转 吊舱 组 合 推进 系统 （ Ｒ － Ｏ ）模 型 Ｃ ＰＰ Ｉ）
船舶各项指标达到了设计要求 。说明柴油机选型是成功的， 在建造过程中对动力装置 的设计修改和所采取 的措 施效果 明显 ， 这为今 后玻璃 钢高速 客船 的建造积 累了有益 的经验 。
参考文 献 ：
［］ 中国船级社． １ 纤维增强塑料船建造规范［ ． Ｍ］北京 ： 中国船级社 ，９ １ １９ ．
２９ ０ ２９ ８
３ ０ ４
平 均 １ ３ ４ ６缸 平 均 ～ 缸 ～
２２ １ ２６ ９
３ ２ ４
２４ １ ２７ ９
３ ７ ３
２３ １ ３２ ０
３ ４１
２２ ２ ２９ ８
３ ７ ４
２８ ０ ２１ ９
３ ５ ４
２０ ０ ２０ ７
３ ０ ３
２０ ０ ２５ ７
３０ ７ ４０ １ ４５ ３ ４５ ５ ４０ ８
３０ ８ ４０ １ ４０ ３ ４５ ６ ４５ ７
３５ ７ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ４０ １ ４３ ３ ４０ ６ ４８ ７
２ ５ ２ ３ ２ ． ２８ ２ ． ３４ ２ ． １８
００４ ． ４ ００５ ． ９ Ｏ１５ ． ３ ０１５ ． ６ ０１０ ． ９
［］ 陆金铭． 舶动力装置设计［ ． ２ 船 Ｍ］ 北京 ： 国防工业出版社 ，０ ６ ２０ ．
上海 船舶 运输 科学研 究所 开展 “ 吊舱 电力推 进 ＂ 动力 性能研 究 水
近年来 ， 回转推进器 （ ｉ ｔ ｒｓｅ） 吊舱 推进器 （ Ｏ 、 全 Ａｚ ｈＴｈｕ ｔｒ 、 ｍｕ Ｐ Ｄ） 对转 吊舱 组合推进系统（ Ｒ － Ｏ 已成 为国外螺 旋桨推进 技术 的最 新发展趋 势 ， Ｃ ＰＰ Ｄ） 国内 在这一方面的研究 尚在起步 阶段 。上海船研所航运技术交通行业重点实验室 ’
３６ ８ ４３ １ ４３ ３ ４７ ６ ４５ ９
３９ ７ ４８ ０ ４７ ２ ４８ ５ ４４ ８
３ ８６ ４ ０４ ４９ ２ ４５ ５ ４８ ７
４６ ０ ４４ ２ ４５ ４ ４３ ７ ４７ ９
３８ ９ ４２ ２ ４１ ４ ４８ ６ ４３ ９
３９ ８ ４１ ２ ４３ ４ ４６ ３ ４８ ８
建立新型推进方式的分析计算方法和实船 预报技术 ， 为我 国发展电力推进 船舶
提供强有力 的技术支撑 。
（Ｉ － 海船舶运输科 学研 究所航运技术交通行业重点实验室是 国际水池会议 Ｉ Ｔ Ｔ Ｃ成员 ， 拥有船模拖曳水池 、 空泡水洞 、 风 浪流水池 、 操纵性水池等先 进的大型试验设施 ， 可进行船模静 水阻力 、 自航 、 螺旋桨敞水 、 流线观测 、 伴流测量 试验 ， 以及 在规 则波及长峰不规则波上 的耐波性模 型试验 ， 包括运动 、 砰击 、 速度 、 加 阻力 增加 、 横摇周 期等测试 ， 船用 螺旋 桨、 导管螺旋桨 、 机 翼、 水翼等在均流 、 斜流和轴 向非均匀流中的水动力 、 空泡 、 压力分布 、 激振力 、 噪声试验研究 ； 可进行船舶深浅水快速性试验 、 规则及不规则 波耐波性试验 、 海上建筑物的单点锚泊 、 多点锚泊系统的模 拟试验和各类港工试验 、 船队在海上 的交汇 、 追越试