混合式对转桨吊舱推进器空泡性能浅析
吊舱式CRP推进器水动力性能数值模拟
吊舱式CRP推进器水动力性能数值模拟盛立;熊鹰;杨勇【摘要】Numberical model of poded contra-rotating propulsor is estabished, the unsteady hydrodynamics performance of the poded contra-rotating propulsor in uniform flow are predicted by the RANS formula with SST k -co turbulence model based on sliding mesh method;the prediction results of the thrust coefficients,torque coefficients are compared with the experimental value of the same poded contra-rotating propulsor in the real cavitation tunnel by pod dynamical instrument and long-axis dynamical instrument. And then analysis the unsteady performance and the pressure coefficients of face side and back side of blade. It is shown that, the numerical method presented in this paper has good precision in the prediction of hydrodynamics performance of poded contra-rotating propulsor,can achieve the requirements of engineering application.%建立吊舱式CRP推进器数值模型,结合RANS方程和SSTk -w湍流模型,运用滑移网格方法对吊舱式CRP推进器在均匀流场中水动力性能进行非定常数值预报.将数值预报所得的敞水性能结果与在真实空泡水洞内利用吊舱动力仪及长轴动力仪对吊舱式CRP推进器进行敞水试验得到的试验数据进行比较；同时得到了吊舱式CRP推进器前后桨叶面及叶背压力系数分布与前后桨及吊舱的非定常性能,将计算结果和不附带吊舱相同对转桨计算结果进行比较分析.结果表明,本文所用数值计算方法对吊舱式CRP推进器水动力性能的预报具有较高的可信度,能达到工程应用的要求.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2012(034)010【总页数】8页(P9-16)【关键词】吊舱式CRP推进器;水动力性能;数值模拟;RANS方程;滑移网格【作者】盛立;熊鹰;杨勇【作者单位】海军工程大学船舶与海洋工程系,湖北武汉430033;海军工程大学船舶与海洋工程系,湖北武汉430033;海军工程大学船舶与海洋工程系,湖北武汉430033【正文语种】中文【中图分类】TB535近年来，由于特种推进器在提高船舶推进效率，减少舰船振动以及降低噪声，节省燃油消耗等方面发挥了巨大优势，越来越受到国内外研究机构和学者的重视，并且创造了不少新的推进形式，相继进行了一系列的理论和试验研究［1－18］。
航空推进系统设计与性能分析
航空推进系统设计与性能分析航空推进系统是支持飞行器起飞、飞行和着陆的关键部件。
因此，航空推进系统的设计和性能分析对于航空器的安全性和运行成本具有重要的影响。
本文将从航空推进系统的设计原则、组成部分、性能分析以及未来发展方向等方面进行探讨。
一、航空推进系统的设计原则航空推进系统的设计原则主要有三个方面，即可靠性、效率和安全性。
首先，可靠性是航空推进系统最重要的设计原则。
飞行器在高空飞行时遭遇故障或失效的风险非常高，所以推进系统必须具备高可靠性，以确保飞行器能够安全地起飞、维持飞行和安全降落。
其次，效率是航空推进系统的另一个设计原则。
航空推进系统需要高效地转化燃料能源为推力，以提高飞机的动力和经济性。
最后，安全性也是航空推进系统的重要设计原则。
航空推进系统需要具备有效的安全措施，以防止火灾、爆炸和其他种类的事故。
二、航空推进系统的组成部分航空推进系统通常由涡轮发动机、推力传动系统、进气系统和燃油系统等部分组成。
其中，涡轮发动机是推力产生的核心部件，推力传动系统用于将发动机产生的推力传递到飞机的起飞和飞行部分，进气系统和燃油系统用于提供空气和燃料供给涡轮发动机。
1. 涡轮发动机涡轮发动机是航空器的主要动力装置，其工作原理基于燃气的热膨胀原理。
目前，主流的涡轮发动机有两种类型，即涡扇发动机和涡桨发动机。
前者使用涡扇螺旋桨产生推力，后者使用涡轮螺旋桨产生推力。
涡轮发动机具有高效可靠和高推力输出等优点。
2. 推力传动系统推力传动系统将涡轮发动机产生的推力传递到飞机以产生起飞和飞行动力。
主要包括推力反作用系统和涡轮发动机驱动附件系统。
推力反作用系统根据牛顿第三定律，向相反方向产生反作用力，从而推动飞机前进。
涡轮发动机驱动附件系统的主要任务是驱动涡轮发动机的附件，如发电机、空调等。
3. 进气系统进气系统将空气引入涡轮发动机中，以在燃烧中产生高压高温的燃气，驱动涡轮发动机输出推力。
进气系统的设计需要考虑空气流量、压力和温度等因素。
05-偏转工况下吊舱推进器的水动力和空泡性能
Abstract：［Objectives］ The interaction between the body of pod propulsor and the propeller is great， leading to complex flow phenomena. As a consequence，under steering condition which is away from design point，loads of blades change sharply and the cavity characteristics deteriorate. In order to analyze the hydrodynamic characteristics of the pod propulsor，［Methods］the full structural grid based on the Reynolds Averaged Navier-Stokes （RANS） approach is adopted. Besides， the cavity structures are predicted by the Sauer model. Finally，the model experiment of the pod propeller is carried out in the cavity channel. ［Results］The results show that the numerical data are in great agreement with the experiment counterparts which presents the correspondingly high accuracy of this numerical model. Under steering condition，the thrust and torque of pod propulsor are greater than the counterparts under straight condition. After the propulsor deflects，the pressure at different circumferential positions fluctuates with the change of circumferential angle. What's more，cavity contours show different structures and the cavitation intensifies as the deflection angle rises. ［Conclusions］ The research results can provide reference for the design of pod propeller. Keywords：podded propulsion；steering condition；hydrodynamic performance；cavitation performance； blade load
混合推进剂火箭发动机
固液火箭发动机装药设计优化
固液火箭发动机装药设计优化
固液火箭发动机燃烧过程中液/固组元流率比h= qox /qf不断变化，导致燃气热力参数及发动机性能参数变化 。为保证固液发动机总体性能最优，必须对固体燃料装药进行优化设计，以保证组元流率比在整个工作过程中的 平均值接近其最佳值。经研究，得出以下三点结论：（1）当燃料气化速率足够高且对装药几何(横流条件)不甚敏 感时，选择适当的孔数可在燃料装填容积与发动机性能之间寻求某种平衡，即在性能牺牲较小的前提下保持较高 的燃料装填分数和较短的药长；（2）有必要研制出气化率较高、对装药几何(横流条件)不敏感、且不致使燃烧效 率过度降低的燃料；（3）有必要开展簇式推力室的研究。
混合推进剂火箭发动机
组合使用液体和固体推进剂的化学火箭发动机
01 简介
03 特点与应用 05 发展概况
目录
02 分类箭发动机，是组合使用液体和固体推进剂的化学火箭发动机。由喷注器、燃烧室（内装药柱）、 喷管、液体推进剂供应系统和贮箱等组成。混合推进剂火箭发动机的比冲和体积比冲介于液体和固体火箭发动机 之间，它能够像液体火箭发动机那样进行推力调节，而且只需要一套液体管路、活门和附件，系统比较简单。但 混合推进剂火箭发动机的燃速低，燃烧不均匀，效率低，仅适用于一些特殊任务的导弹，如靶弹等。其优点主要 有安全性好、容易进行推力调节、易关机和重新启动、推进剂能量较高、环保型好、药柱稳定性好、温度敏感性 低、经济性好。可应用于探空火箭、小型运载火箭、靶标与导弹、亚轨道飞行器及载人飞船、助推器及上面级和 姿轨控系统的动力装置，应用前景十分广泛。
空泡水洞中拖式吊舱推进器脉动压力测量及空泡观测
Ｔａｂ．１ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｐｏｄ ｍｏｄｅｌ
缩 尺 比 长度 Ｌ／ｍ 长度 桨 径 ｔ；ＬＬ／Ｄ 最 大 直 径 ｄ／ｍ 最 大 直 径 桨 径 ￣Ｌｄ／Ｄ
１３．６４ ０．３０３ ４９ １．３７５ ９ ０．Ｏ９５ ３７ ０．４３３ ５
■ 图 ２ 螺 旋 桨模 型
在 螺旋 桨正 上方 区域 埋置 １个脉 动压 力传感 器 ， 传 感器 受压 面 直 径 为 ８ ｍｍ，且 与 所处 平 面齐 平 。 传 感器 位 于桨盘 面 中心 的正上 方 １６７ ｍｍ（见 图 ３）。
Hale Waihona Puke 图 ３ 脉 动 压 力 传 感 器 位 置 图
Ｆｉｇ．３ Ｌｏｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｓｅｎｓｏｒ
Ｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍ ｅａｓｕｒｅｍ ｅｎｔ ａｎｄ ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｕｇ ｔｙｐｅ ｐｏｄ ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ ｉｎ ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ ｔｕｎｎｅｌ ＳＨ ＥＮＧ Ｌｉ，ＸＩＯＮＧ Ｙｉｎｇ，Ｗ ＡＮＧ Ｓｏｎｇ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｎａｖａｌ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｏｃｅａｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｖａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ ４３００３３，Ｃｈｉｎａ）
２ 试 验 方 法 和试 验 工 况
图 １ 吊舱 模 型
Ｆｉｇ．１ Ｐｏｄ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒｔｅｓｔ
螺 旋 桨 模 型 采 用 黄 铜 制 作 ，模 型 主 要 参 数 见 表
２，模 型 照片 如 图 ２。螺 旋 桨 导 流 帽按 实 桨 形 式 缩 比
加 工 。
舰船电力推进文献综述
舰船电力推进文献综述摘要：本文简要介绍了舰船电力推进的历史，以及国内外发展的现状，电力推进在民用和军用中的发展，最后介绍吊舱式推进器的应用以及优缺点。
关键词：电力推进，吊舱式推进器1引言：起源于19世纪前期的电力推进, 作为舰船推进技术的一个重要分支, 伴随着电力电子和变频调速理论、技术的重大突破, 自20世纪80年代起进入了快速发展阶段。
一般来说, 电力推进是指由舰船自带原动机组(电池、汽轮发电机、柴油发电机、燃气轮机发电机等)产生电能, 再由推进电动机将电能转换为机械能驱动螺旋桨(推进器) 实现舰船机动的一种推进方式。
电力推进从功能上可分为2类: 一是混合电力推进, 即在以大功率机械直接推进为主的动力系统中加入小功率电力推进, 以满足舰船低速巡航时的经济性和低噪声需求; 二是全电力推进, 即在舰船运行的全速范围内完全由电动机驱动螺旋桨(推进器)。
2电力推进的优缺点与传统推进方式相比, 电力推进系统的优越性主要体现在以下几个方面:( 1)减少了燃油消耗和维护费用, 船舶的全寿命费用相应大幅度降低, 而且在船舶负荷变化较大时效果更加显著。
如动力定位船的控位/机动操纵时间通常很长, 基本和行驶操作时间相当, 这类船舶使用电力推进系统可以大量减少燃油消耗和维护费用;( 2)不易受到单个故障的影响, 并且可以对原动机(柴油机或燃气轮机)的负荷进行优化;( 3)为电力推进系统提供电力的高中速柴油机, 其重量小于作为主机的低速机, 设备体积小, 占用的船体空间更少, 从而增加了船舶的有效载荷, 为舰船的总体布置和设计提供了更多的空间;( 4)通过电缆供电, 系统可以不与原动机布置在一起, 因此电力推进系统的位置选择具有较大的灵活性;( 5)动态性能好, 使船舶具有良好的灵活性, 大幅提高了舰船的机动性能;( 6)调速范围宽广, 可以保证船舶在不同工况下的各种船速。
电力推进系统与常规推进装置相比也有其不足之处:( 1)电力推进系统的价格较传统推进装置更为昂贵, 因而船舶建造的初投资将会增加;( 2)在原动机与螺旋桨之间增加的电器设备,如发电机、变压器、变频器和电动机等, 加大了船舶满载时的传输损耗;( 3)大量采用电气设备可能引起一些危害, 如火灾和电网的谐波干扰等;( 4)由于船舶安装了多种新型设备, 需要制定不同的运行、人员配备及维护策略, 对于操作人员和维护人员具有更高的要求。
浅析电力推进吊舱推进器中混合介质滑环的重要性
浅析电力推进吊舱推进器中混合介质滑环的重要性电力推进吊舱推进器是电力推进中应用最广泛的一种推进方式，它把船舶动力装置置于一个能360度旋转的水下吊舱推进器内，而混合介质滑环能把吊舱正常工作所使用的油、液、电、气等介质安全可靠的传输过去，为整体运行提供了最大限度的保障。
标签：电力推进；吊舱推进器；混合介质滑环1 概述电力推进系统[1]的主要设备由原动机、发电机、电动机、螺旋桨、舵以及相应的控制设备等组成。
吊舱式电力推进是电力推进中应用最广泛的一种推进方式，采用永磁电机直接驱动螺旋桨轴，同时能实现360度全回转，为了更方便，高效的转化电机动力源，信号源，需要采用高精度，高效率，高冗余性、空间利用性高的电滑环，为了更方便的传输和监测吊舱推进器水下各部件的状态以及动力源的传输，混合介质滑环集成了低电压，大电流，高效率，低磨损，散热好，多介质等特点，把电、气、油液集成在一个电滑环上，使推进器整体布局，安装得到大力的改善。
2 混合介质滑环设计2.1 滑环简介滑环通常安装在设备的旋转中心，主要由旋转与静止两大部分组成。
旋转部分连接设备的旋转结构并随之旋转运动，称谓“转子”，静止部分连接设备的固定结构的能源，成为“定子”。
滑环分为：导电滑环、流体滑环等。
通常情况下，电滑环和油液、气滑环是独立的两套机构，并且基本运用于不同的场所，电滑环[2]主要运用风电、航空、航天设备上，油液、氣滑环更多的是运用于气缸、液压系统上。
而吊舱式推进器，采用永磁电机直接驱动方式螺旋桨轴，同时能实现360度全回转，为了更方便，高效的转化电机动力源，信号源，需要采用高精度，高效率，高冗余性、空间利用性高的电滑环，为了更方便的传输和监测吊舱推进器水下各部件的状态以及动力源的传输，船用油液、电、气多介质滑环结构集成了低电压，大电流，高效率，低磨损，散热好，多介质等特点，把电、气、油液集成在一个电滑环上，使推进器整体布局，安装得大力的改善。
2.2 吊舱推进器用混合介质滑环吊舱推进器用混合介质滑环主要组成：动力滑环、信号滑环和油液滑环，具体布置如图1：2.2.1 混合介质滑环介绍混合介质滑环集成了常规电力滑环的功能，同时兼具了油液、气滑环的特性。
大型船舶混合吊舱对转桨与船体相互干扰特性研究
大型船舶混合吊舱对转桨与船体相互干扰特性研究
大型船舶混合吊舱是一种将传统的货物吊舱和集装箱吊舱结合起来的新型装备，具有吊装能力强、效率高、适用范围广等优势。
然而，由于混合吊舱的设计复杂性和体积较大，容易与船体转桨等部件发生相互干扰，影响船舶的安全性和运行效率。
因此，研究混合吊舱对转桨与船体相互干扰特性具有重要的理论和实际意义。
首先，混合吊舱对转桨与船体相互干扰的原因主要有以下几点：一是混合吊舱的体积较大，与船体上其他部件之间的间隙有限，容易与转桨等部件发生碰撞；二是混合吊舱在吊装货物时需要进行姿态变换，容易干扰到船体的稳定性和动力系统的正常运行；三是混合吊舱的重量较大，可能对船体的结构安全造成影响；四是混合吊舱的振动和噪音对船体和转桨系统的稳定性和寿命产生不利影响。
其次，针对混合吊舱对转桨与船体相互干扰问题，可以采取以下几种解决措施：一是通过合理设计混合吊舱的结构和布局，减少与转桨和船体的相互干扰；二是通过加强监控混合吊舱和转桨系统的运行状态，及时发现并处理干扰问题；三是通过改进混合吊舱和船体的连接方式，减少振动和噪音对系统的不利影响；四是通过优化混合吊舱和船体的维护和保养计划，延长系统的使用寿命。
最后，通过对混合吊舱对转桨与船体相互干扰特性的研究，可以更好地了解混合吊舱的工作原理和运行机制，为改进设计和优化运行提供重要参考。
同时，可以提高船舶的安全性和运行效率，推动船舶装备的发展和创新，提升我国船舶装备制造业的竞争力。
在未来的研究中，可以加强对混合吊舱对转桨与船体相互干扰特性的仿真模拟和试验验证，深入探讨相关问题的机理和规律。
同时，可以结合船舶装备的实际需求和发展趋势，不断提升海洋工程技术水平，促进我国海洋装备产业的发展和壮大。
空泡水洞中拖式吊舱推进器脉动压力测量及空泡观测
空泡水洞中拖式吊舱推进器脉动压力测量及空泡观测空泡水洞是航空航天研究中常用的实验工具之一。
在空泡水洞中，模型周围流体产生的空泡效应可以模拟高速流场中的气泡和气液两相流现象，从而为航空航天研究提供了必要的数据支持。
本文将介绍在空泡水洞中拖式吊舱推进器脉动压力测量及空泡观测的实验方法。
实验装置主要包括拖式吊舱、推进器、脉动压力传感器、高速相机等。
拖式吊舱是实验中用来组装模型的设备，推进器则是驱动模型进行运动的主要装置。
实验中采用的脉动压力传感器可以测量脉动压力信号，高速相机则用于观测空泡的形态和运动规律。
实验过程中，首先需要将模型组装在拖式吊舱上，并在推进器的作用下将其置于水洞内。
随后，安装脉动压力传感器，以测量模型周围流体的脉动压力功率谱密度。
在实验中，脉动压力主要来自于流体的湍流效应，其变化规律可以反映出流场的运动状态。
实验中，对模型进行加速运动时，我们可以观测到模型周围空泡的形态和运动规律。
具体来说，在流体中，空泡由于其低密度和低粘度的特性，会在流场中呈现出多种形态，如稳定的球形空泡、不稳定的气泡链、切开的气泡箱等。
这些空泡的形态变化和运动规律也可以为流场分析提供有价值的信息。
总之，空泡水洞中拖式吊舱推进器脉动压力测量及空泡观测作为航空航天研究中的重要实验手段，可以模拟实际气液两相流动情况，为制定有效的流场分析方案提供了重要支持。
对于工程领域的研究人员来说，掌握这种实验技术，对于提升新产品的研发成功率和提高产品性能水平具有重要意义。
在空泡水洞中拖式吊舱推进器脉动压力测量及空泡观测的实验中，我们可以得到以下数据：1. 脉动压力功率谱密度；2. 空泡形态和运动规律的高速照片和视频。
通过对这些数据的分析，我们可以得到以下结论：1. 脉动压力功率谱密度可以反映出流场中的运动状态。
如果脉动压力功率谱密度随着时间的变化而变化，则说明流场存在瞬时涡流等非稳态现象。
而如果脉动压力功率谱密度相对稳定，则说明流场较为稳定。
船舶推进系统的流体力学与性能优化研究
船舶推进系统的流体力学与性能优化研究船舶作为人类在海洋和江河湖泊中重要的交通工具，其推进系统的性能直接关系到船舶的航行速度、效率、稳定性以及燃油消耗等关键指标。
而流体力学在船舶推进系统的设计和优化中扮演着至关重要的角色。
通过深入研究船舶推进系统中的流体力学现象和规律，能够有效地提升船舶的性能，降低运营成本，减少对环境的影响。
船舶推进系统的类型多种多样，常见的有螺旋桨推进、喷水推进和吊舱推进等。
不同的推进系统在工作原理和流体力学特性上存在着显著的差异。
螺旋桨推进是目前应用最为广泛的船舶推进方式之一。
螺旋桨在旋转时，会将水向后推动，从而产生向前的推力。
在这个过程中，流体力学的作用主要体现在螺旋桨叶片的形状设计、旋转速度以及与水流的相互作用等方面。
螺旋桨叶片的形状直接影响着水流的流动状态和推力的大小。
合理的叶片形状能够减少水流的分离和漩涡的产生，提高推进效率。
同时，螺旋桨的旋转速度也需要根据船舶的速度和负载进行精确的控制。
过快或过慢的旋转速度都会导致推进效率的降低。
喷水推进系统则是通过将水吸入并加速后向后喷出，从而产生推力。
这种推进方式在高速船舶上具有一定的优势。
在喷水推进系统中，流体力学主要涉及到进水口和出水口的设计、水流的加速过程以及管道内的流动损失等问题。
优化进水口和出水口的形状和尺寸，可以减少水流的阻力和能量损失。
同时，合理设计管道的形状和内部结构，也能够提高水流的加速效果和推进效率。
吊舱推进系统是一种将推进电机和螺旋桨集成在一个可旋转的吊舱内的推进方式。
这种推进系统具有良好的操纵性能和机动性。
在吊舱推进系统中，流体力学的研究重点在于吊舱的旋转对水流的影响、螺旋桨与吊舱之间的干扰以及整个系统的水动力性能等方面。
通过精确的模拟和实验研究，可以优化吊舱的形状和旋转角度，降低干扰效应，提高推进系统的综合性能。
在船舶推进系统的设计和优化中，数值模拟和实验研究是两种常用的方法。
数值模拟是利用计算机软件对船舶推进系统中的流体流动进行模拟和分析。
吊舱推进器及其螺旋桨的敞水性能估算
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吊舱推进器螺旋桨的敞水性能数值图谱
吊舱推进器螺旋桨的敞水性能数值图谱于得会;王言英【摘要】基于MAU型螺旋桨图谱,应用升力面理论涡格法计算系列大毂径MAU型螺旋桨敞水特性,以单元函数法将敞水性能表达成为毂径比和进速系数的函数,通过二元多项式插值法将MAU型螺旋桨敞水特性拓展到包括大毂径比的POD螺旋桨的敞水性能曲线.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2007(036)004【总页数】5页(P38-42)【关键词】螺旋桨;吊舱螺旋桨;涡格法;螺旋桨图谱;螺旋桨敞水特性【作者】于得会;王言英【作者单位】大连理工大学,船舶工程学院,辽宁,大连,116024;大连理工大学,船舶工程学院,辽宁,大连,116024【正文语种】中文【中图分类】U664.3320世纪90年代出现的POD推进器已在各类船舶上有了广泛的应用。
同传统的螺旋桨推进方式相比，采用POD推进器可以省去推进轴系、舵与侧推器，可以抑制螺旋桨空泡、船尾振动与水下辐射噪声，可以提高推进效率与实现全船全寿命节能，为船舶设计、制造及维护提供了诸多改进的空间［1］。
近年来国内外对POD推进器的关注日益增加。
国外HSVA及MARINE已经进行了POD推进器水动力性能等的测试和分析方法研究；国内对POD推进器的研究也给予了极大的关注，在模型试验、工程设计以及实船应用方面开展了许多研究［2］。
文献［3］提出借助于已知的POD桨的敞水特性和应用螺旋桨图谱，保持盘面比不变改变螺距比，通过迭代计算得到等效的常规螺旋桨。
根据这一计算得到的毂径比同螺距比的关系，对应用螺旋桨图谱设计的常规螺旋桨的敞水特性予以修正，估算得到所需要的POD桨的敞水特性。
本文在常规螺旋桨图谱基础上，应用螺旋桨升力面理论计算得到不同毂径比螺旋桨的敞水特性子样，直接将该图谱拓展到POD螺旋桨应用的范围。
1 螺旋桨升力面理论应用升力面理论涡格法计算螺旋桨，首先须对螺旋桨几何形状给予数学表达。
螺旋桨由布置于桨叶拱弧面上及尾流中的奇点系来代替，其中附着涡系和自由涡系模拟升力，源汇系模拟桨叶厚度影响。
混合推进系统喷水推进器与螺旋桨相互作用研究
混合推进系统喷水推进器与螺旋桨相互作用研究2010年6月9日摘要通过求解雷诺时均的RANS方程数值模拟了单独喷水推进器和螺旋桨的流场，并用试验数据验证了数值计算的结果。
在得到满意的结果之后，数值模拟了一台喷水推进器与两个螺旋桨混合推进系统的流场。
通过流线和压力分布等研究混合推进系统流场特点。
混合推进系统中，喷水推进器与螺旋桨的进、出流条件都发生了的改变，其中螺旋桨的改变较大。
不同螺旋桨旋向计算结果表明，外旋桨有助于改善混合推进系统中喷水推进器的进流、提高整个推进系统的效率。
数值计算和理论分析都表明，混合推进系统中，螺旋桨性能对流场的变化更敏感，在设计时应给予更多的关注。
关键词：船舶、舰船性能；喷水推进；螺旋桨；混合推进0引言喷水推进器与螺旋桨混合推进系统具有推进效率高、噪声小、工作模式多和机动性好等优点，在国外大型游艇和军舰上都有应用。
喷水推进器与螺旋桨的联合使用，可以有效地解决推进器与原动机最高效率不同步的问题。
在混合推进系统中，喷水推进器与螺旋桨并行安装在船体艉部，螺旋桨靠近喷水推进器的进水口。
两种推进器共同工作时，流场相互影响，喷水推进器和螺旋桨的进、出流条件较单独推进时都发生了改变，所以混合推进舰船，除了考虑喷水推进器、螺旋桨与船体的相互作用之外，还须考虑两种推进器之间的相互作用。
本文通过求解雷诺时均的RANS方程数值模拟了一台喷水推进器和二个螺旋桨混合推进系统的流场，研究了混合推进系统流场的特点；通过改变螺旋桨和进水口的相对位置研究两种推进器对流场变化的敏感性；比较了不同螺旋桨旋向对混合推进系统流场和性能的影响。
1方案设计因国内目前尚无喷水推进器与螺旋桨混合推进舰船，为研究混合推进系统水动力性能，参考南非海军MEKOA-200轻型护卫舰推进系统的案例作如下设计[1]：喷水推进器与螺旋桨的功率比和直径比与MEKOA-200相同；根据扭矩平衡原则，进行船-桨匹配，确定工作点。
因喷水推进器的功率等特性受航速影响较小，先根据已有的喷水推进器功率、直径确定螺旋桨的功率、直径。
吊舱式推进器敞水性能研究
吊舱式推进器敞水性能研究韩芸，沈兴荣，张峥摘要吊舱式推进器是伴随水面舰船电力推进技术的发展而于20世纪80年代末发展起来的一种新型推进器。
这种推进器集常规推进方式的舵、轴系、支架等附体于一身，利于重新优化舰船艉部线型，改善阻力性能。
本文对某型船拖式吊舱推进器的单元整体及单元桨的敞水性能分别进行了CFD分析和模型试验的比较研究，目的在于考察吊舱推进器舱体、支架等对敞水性能的影响，为采用吊舱推进器的舰船快速性预报提供一定的参考。
1引言吊舱式推进器的概念是由芬兰Kvaerner Masa-Yard和ABB公司在1989年率先提出的。
它突破了传统的“柴油机加开放式的传动轴系”推进系统的设计定式，集推进和操舵装置于一体，省去了舵、轴系、轴支架等附体，能够重新优化船体尾部线型，改善阻力性能，极大地增加了船舶设计、建造和使用的灵活性，已经在破冰船、可双向行进油轮、豪华游船、定期班轮、客滚船以及众多的工程船舶上获得成功应用。
本文以某船采用的拖式吊舱推进器为研究目标，应用商业软件FLUENT分别对螺旋桨及吊舱推进器整体的敞水性能进行了定常和非定常数值计算，并与试验结果进行比较，验证了数值计算的可行性。
本文同时考察了吊舱推进器舱体、支架等对敞水性能的影响，为采用吊舱推进器的舰船快速性预报提供一定的参考。
2 螺旋桨和吊舱推进器敞水性能数值计算2.1螺旋桨和吊舱推进器模型本文所分析吊舱推进器由舱体、支架、尾鳍、桨毂、毂帽以及五叶螺旋桨组成，螺旋桨和吊舱推进器的模型参数分别如表1和表2所示。
建模中对吊舱推进器整体采用滑移网格技术来实现螺旋桨的旋转效应，可以更真实地模拟螺旋桨和舱体、支架等之间的相互作用。
采用FLUENT前处理软件GAMBIT生成的吊舱推进器固定区域网格模型如图1所示，网格总数80万，最差网格畸变度为0.857，动区域为一圆柱体，直径1.27D，网格模型如图2所示，网格总数68万，最差网格畸变度为0.798。
舰船常用推进器简介
舰船常用推进器简介普通螺旋桨推进器：结构简单，在低速下效率一般还是较高。
普通螺旋桨推进的能量损失：（1）产生轴向诱导速度的损失。
在螺旋桨作为推进器来工作时，这种损失是不能完全避免的，但可用适当措施使这种损失尽可能减小。
一般，这种损失值将随螺旋桨载荷系数的增大而增大。
（2）产生周向诱导速度的损失，或称为水流扭转损失，其损失值也将随螺旋桨载荷系数增大而增大。
（3）运转时桨叶与水的粘性摩擦作用而产生的损失，或称为剖面阻力损失。
螺旋桨的诱导损失和剖面阻力损失这两项约共耗螺旋桨35%~60%的功率，也就是说，螺旋桨一般从主机取得的功率中用于退出按的功率大约仅占40%~65%。
（4）螺旋桨与航体相互作用，即螺旋桨的附体阻力损失。
减小能量损失的措施：（1）为减小诱导损失，可采用直径更大的螺旋桨，但会增加剖面阻力损失。
（2）为了减小水流扭转损失，可采用特殊的导流设备，例如：反应舵，舵推力鳍以及流线型舵等，减小尾流旋转，回收尾流能量，达到提高推进效率的目的。
（3）为了减小剖面阻力损失，必须注意桨叶剖面形状的选择，在理论设计中，合理选取桨叶宽度，叶厚比及剖面形状，可使剖面阻力损失达到最小（4）螺旋桨与船体及附体的合理配合，不仅能减小推力减额分数和更有效的利用伴流能量，并且也能改进螺旋桨本身的效率。
导管螺旋桨导管螺旋桨也称套筒螺旋桨，它是在螺旋桨的外围加上啊一个环形的套筒构成的。
分为加速型导管（收缩管）和减速型导管（扩张管）。
优点：（1）对于螺旋桨载荷较大的船舶，可获得较高的效率。
（2）在海上航行时，导管桨受外界海况变化影响较小，导管螺旋桨比飞导管螺旋桨的效率降低要少。
（3）导管对螺旋桨有保护作用。
（4）导管能使航向稳定性得到显著改善。
（5）当采用“转动导管”时，导管可代替舵，主要用于小船。
缺点（1）倒车时操纵性差。
（2）在浅水区域航行时，易将碎石、杂物吸入导管；在冰区航行时，易遭破坏。
（3）导管内压力降低，易发生空泡现象，引起导管桨剥蚀。
泵桨联合推进系统性能研究
关键词：泵桨联合推进；喷水推进；螺旋桨；船舶推进性能；CFD
泵桨联合推进系统性能研究
ABSRTACT
Many ships can be hit by shipboard weapon easily, because of their low speed and poor maneuverability. If the speed of ship can be increased largely, the ship will escape from the hit of currently anti-ship missiles in many countries. And this is also making it more difficult for hit by the torpedo. In order to improve the vitality of ships, speed of ship, South African Navy's MEKO A-200 SAN corvettes use WARP model as propulsion system. WARP model is propulsion system combined waterjet and propeller. MEKO A-200 have made the good progress in the practical application, and have manifested the superiority of propulsion system combined waterjet and propeller. The study on combined propulsion system is an emerging topic jointly, is subject to the people to pay attention. This thesis is titled A Study on Performance of Propulsion Combined Waterjet and Propeller. The main contents include developmental general situation of propulsion combined waterjet and propeller; A study on performance theory of waterjet and propeller; the research on the influence of propeller rotation direction, power ratio of waterjet and propeller, etc. This thesis is based on computer fluid dynamics and numerical simulation of the propulsion combined waterjet and propeller flow field, which is carried out by means of business application software of CFD: Fluent. In order to research the performance of propulsion combined waterjet and propeller, the author adopts the following typical working conditions. First, compare the performance of propulsion combined waterjet and propeller with the performance when waterjet or propeller is used alone. Second, changing the rotation direction of propeller, compare the propulsion system with different propeller rotation direction. Third, simulation of the propulsion system with 5 different waterjet thrust power. Last, changing the relative position of waterjet and propeller, analyze the influence of relative position of waterjet and propeller. The following results can be found through analyzing the calculation: The performance of propeller in propulsion combined waterjet and propeller is better than the performance of propeller working alone. But combined propulsion system has litter influenced for waterjet propulsion. It is almost no change. Performance of the propulsion system is influenced greatly by the propeller rotation. Compared with the propeller inward turning, flow field of propulsion system with the propeller outward turning distribute more evenly. Propulsion
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桨 的钝 头桨 毂后 工 作时 的叶 表面 空泡 。钝 头桨 毂 引起 的流 动分 离促 使处 于
分 离 区内 的叶根 剖 面提 早产 生空 泡 。作 为指 导性 的原 则 ，在确 定前 、后 桨 间距 时，不 仅要 考虑 推 进性 能 的优化 ，而 且要 使 前桨毂 帽 能够 具有 良好 的
一
般 情况 下 ，双 吊舱式 推进 器上 的空泡 现 象是相 当有 限 的。 因为它有
与均 匀流 体 非常 接近 的很 好 的伴 流区 域 ，因此 ， 空泡现 象 只是发 生 在半径
外侧 、０ ９ 到桨 叶末 端之 间 的区 域 。另外 ，空 泡模 式 由与支 柱压 力域 相关 ．Ｒ
的螺 旋桨 桨 叶侧 面上 的 片状 空泡 现象 的狭 长一 条组 成 。在 吸力面 ， 也只是 较小 量 的片状 空 泡 能够 并入狭 小 集 中的 叶梢涡 ，成 为可 见 的低 回转速 度顺
器的优化设计提供 可靠 的信息 。 关键词： 混合式 吊舱推进器 ：空泡效应 ；螺旋桨 中圈分类号 ：ｕ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ７ － ７ ９ ２ １ ）０ １ １ ５ １ ６ ６ １ ５ ７（ ０ ０ ６ ０ ７ —０
０ 引言
似是 空泡 是 指原 来 以各种 方式 存在 于 水 中的气 核 ，虽然 没有 任何 水汽 或气 体逸 人 ，但 当外 界 压 力 降 低对 ，它 本 身 也会 膨 胀 到 肉眼 可 见 的程 度 。 因
等 ） 的空泡 性 能进研 究 。图 １ 绘 了拖式 Ｐ Ｄ 进器 在 空泡 初生 试验 中观 察 描 ｏ推 到 的几种 典型 的空泡类 型 。
外 形 ，这样 ， 即使在 无 后桨 情况 下也 不会 产生 分 离。 另外 ，正确 设 计前桨 的 叶根剖 面形状 及载 荷分 布 ，可 以降低毂 涡 的强度 。
前 者 空泡成 长过程 缓慢 ，后 者迅 速 。
２ 混合 式吊舱 推进 器空 泡性能 研 究
混 合式 吊舱推 进器 空泡 性能研 究 的主要 包括 以下几 个方 面： １ ）正确选 择后 桨盘 面 比，避免 空泡 引起 的推力 下降 ； ２ ）毂 涡空 泡 ； ３ ）在 操舵 模式 下的 空泡 问题 。 选 择后 桨 （ 吊舱 推进 器 ）盘面 比时 ，应考 虑 前桨 （ 常规 桨 ）引起 的后
【 科技创新论坛 】 ？ ｌ一
混 合 式 对 转 桨 吊舱 推 进 器 空 泡 性 能 浅 析
金 璐
葫芦 岛 １ ５ ０ ） ２ ０ ０ （ 渤海船舶职业学 院 辽宁
摘
要： 研 究混合式 吊舱 推进器空泡 性能 。基于 空泡形成 的原因和空泡 形成 的部位 ，研究影 响空泡 的因素 ，即 吊舱 的形状、螺旋桨 的受力和航速 等，为推进
桨 进流 速度 的增加 。在 初步 设 计时 ，可 以在 后桨 的载 荷 系数公 式 中引入 一 个 负伴 流 。但 是 ，在空 泡水 筒试 验 中确 定后桨 的推力 下 降点非 常 困难 ，因
为 前桨 的推 力 下降 通常 比后 桨早 。前 桨 空泡对 后 桨进 流所 产生 的 阻塞效 应 使 后桨 工作 点 发生 明显 变化 ，并 且下 泄 到前桨 尾 流 中的空 泡与 后桨 相互 进器 ，不仅要 考虑 毂涡 空泡 ，而 且要考 虑后 桨在 前
流。
当 吊舱有舵 角 时 ，空泡现 象不 仅会 在螺 旋桨 桨 叶上发 生 ，而且 会出现 在 吊舱 的壳 体上 。然 而 ，在航 速 低于２ ｋ 的情 况下 ，当 舵角 为 。的 时候 ， ０ｎ 几乎 所有 的 吊舱 壳体 和支 柱都 不会 受 到空 泡作 用 的影响 。一 旦倾 斜之 后 ， 空泡 现象 就会 出现 。吊舱 壳体 上第 一 次观 察到 的空 泡现 象是 在 吊舱尾 部 的
吊舱 推进 器 （ Ｏ ）利用 发 电机 （ ＰＤ 一般 为柴 油 机发 电机组 、燃 油轮 机
发 电机组 或涡 轮机 发 电机组 ）把 其他 形 式 的能量 转变 为 电 能，再 通 过发 电 机把 电能 转换 成机 械 能，实 现 了能 量 的非机 械化 方式 传 递 。吊舱 推进 装 置
个 吊舱推 进 器构 成 ，常规 桨与 吊舱 桨 旋 向相反 ，形 成 一组对 转 桨 ，其 目
的是 为了 降低 螺旋桨 负 荷 、提 高推进 效 率 。这一 概念 避 开 了与常 规对 转桨
相 关 的复杂 轴 系。 而且 ，它 依赖 于 已经得 到 证实 的技 术 ：前桨 能 够用 任何 原动机 来驱 动 ，如柴 油 机 、电动 机或 涡轮 机 。如 果是 现代 吊舱 式 推进 器 ， 那 么后推 进器 必须 是固 定螺距 的 电力驱动 推进 器 。 １空 泡效应 螺旋 桨在 水 中工作 时 ，桨 叶的背 面压 力 降低形 成吸 力面 ，若 某处 的压 力 降至 临界 值 以下 时 ，导致爆 发 式 的汽化 ，水 汽通 过 界面 ，进 入气 核 并使 之 膨胀 ，形 成气 泡 ，称 为空泡 。一般 认 为，压 力 的临 界值 即为 该温 度 时水 的汽化压 力ｐ 或称 饱和 蒸汽压 力 ）。 ｖ（ 与传 统 的螺 旋桨 空 泡性 能试 验 相 比 ，ＰＤ 进器 空 泡试 验 的不 同之 处 Ｏ推 在 于 ： 除螺 旋 桨外 ，还 要 对推 进 器 的其 他 部 位 （ 吊舱 、支 架 、鳍 、副 翼
具有 体积 小 、重量 轻 、附加 阻 力小 、空 泡性 能更 佳 的优 点 。它提 高 了推进 器 的水 动力性 能 ，弥补 了传统 电力 推进 系统 效率不 高 的缺陷 。 混 合式 对转桨 吊舱推进 器 是 由一个 常规螺 旋桨 （ 由舷 外主机 驱 动 ）和
一
此 ，除汽 化 空泡外 ，气化 空泡 或似 是 空泡都 可 能在 大于 、等 于或 小 于饱和 蒸汽 压 力Ｐ时 出现 ，而 汽化 空 泡则 总 是在 小于 或 至少 等 于Ｐ下 才 能 出现 。 ｖ