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。
99m敞口集散两用船的舵设计
99m敞口集散两用船的舵设计航行于内河A、B级航区的敞口集散两用船的舵设计对敞口集散两用船舵设备的受力进行了探讨用力学理论确定舵设备的主要要素。
1概述99m敞口集散两用船为钢质、纵横混合骨架式结构,普通前倾式船首、方尾、双尾船型。
中部货舱区域为单甲板、双底双舷。
其主甲板下设置纵向抗扭箱,主甲板、抗扭箱、双层底为纵骨架式,舷侧为横骨架式,首尾部船底为纵骨架式,其它区域为单底、单舷、横骨架式。
首尾设有升高甲板,机舱、起居室及驾驶室均设置在船尾,双机、双桨、双舵。
本船为柴油机驱动的敞口集散两用船,主要航行于内河A、B级航区,续航力100h。
可承运煤炭、砂石等散装货物,亦可装载6. 1m标准集装箱220只。
2主要量度总长99. 20m设计水线长96. 60m船长94. 30m型宽16. 00m型深7. 00m设计吃水 5. 20m总排水量7 260t方形系数0. 90设计航速18. 5km/h3舵参数选择舵是实现船舶操纵的主要设备,转动舵时,舵上产生的水动力在垂直于船体中心线方向上的分力相对于船体舯剖面形成转船力矩,起回转船舶的作用,置于零舵位时起稳定航向的作用。
性能优良的舵设备能满足船舶对操纵性的要求,能使舵装置与操舵装置的重量轻、成本低、功率消耗小,工作安全可靠,便于制造和维修。
根据本船船体尾部形状,以及本船主要航行于内河航区,对船舶操纵性的要求较高,所以设计时选用双桨、双舵,采用流线型双支承平衡舵,舵位于螺旋桨的正后方。
3. 1舵面积确定舵面积是影响船舶操纵性的主要因素之一。
考虑到本船尾部线型,应尽量增大舵面积,以减小大舵角时的回转直径,提高船舶的机动性。
本船船型和主要量度接近母型船,且已投入营运的母型船操纵性能较好,故取母型船的舵面积比μ0=3. 85%为舵面积比μ。
μ=μ0=2A / L·d×100% =3. 85%式中:L———船长,L=94. 30md———设计吃水,d=5. 20mA———单舵舵面积,m2故A=9. 45m2考虑本船尾部线型和吃水,实取舵高h=3. 50m,舵宽b=2. 70m。
舵讲义
定义舵效产生的原因BC L L F b ssL =∇=φ舵设备船舵和发展“深涉南海数万里，千万舵是远洋航行的三大要件史称“轩辕作舟，夏禹作舵”至迟到东汉我人民已发明船舵，广州东汉墓出土的陶船操舵器、舵角指示器、传动装置舵装置舵与船体的连接整体式1.按舵叶截面形状分streamlined rudder））multipintle rudder）partially underhung 3.按舵面积对转轴的分布分普通舵)rudder)unbalanced rudder)semi-balanced rudder）备襟翼舵2.襟翼舵3.转柱舵4.平旋推进器(VCR)5.Z形推进器舵的几何要素7.剖面形状面舵的水动力特性1.目的4.水动力关系式:P =ρA r V 2C /2P L 、P D 、P N 、P T M =P N ×x pMa =P N (x p -S)αS vP P P N MP OLDMa 5.水动力系数C = 2P/（ρV 2A r ）C L 、CD 、C N 、C T C M = C N ×C p几何相似的舵，在相同的流态中C L 、C D 、C p 相等TpbP x x影响(敞水)舵水动力特性的因素舵角与舵效射流V （水流强度）不变30°时，P（=V) 舵升力﹥阻力45°时，P（=V) 舵升力=阻力60°时，P（=V) 舵升力﹤阻力最佳舵效：一般平板舵在35度；流线型舵在32度影响(敞水)舵水动力特性的因素翼端绕流：攻角减小界层分离：叶背紊流影响舵水动力特性的因素影响舵水动力特性的因素λ＞1.8后,t对C般船舶λ在0.8左右,故影响较大;α＜θ时, C小;一般船舶,t=15～17%时,CT小λ翼的C设计内容与步骤舵、桨配合舵形式、数量选择、位置的确定剖面形状、厚度比、平衡系数的确定剖面形状、厚度比、平衡系数的确定敞水舵水动力特性计算敞水舵水动力特性计算计算舵压力及力矩实用算法敞水舵水动力特性计算敞水舵水动力特性计算舵压力及力矩实用算法敞水舵水动力特性计算舵压力及力矩实用算法舵柄处转舵需要的扭矩影响船后舵水动力的因素影响船后舵水动力的因素影响船后舵水动力的因素影响船后舵水动力的因素影响船后舵水动力的因素水动力计算表格舵机功率估算舵之构造舵杆强度理论计算舵杆强度理论计算M M1.控制系统传动器、受动器（传递和接受高压油的油缸、活塞、阀件）舵角指示器（舵角限位器（限制舵叶最大转角）2.转舵装置舵柄舵扇3.动力装置人力舵机电动舵机电动液压舵机二）液压操舵装置（hydraulic steering gear）电动机、油泵、管路、转舵机械。
船舶敞水实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的和意义本次船舶敞水实验旨在通过在循环水槽中对船舶模型进行单独的水流条件下的性能试验，达到以下目的：1. 配合自航试验，分析船舶推进的各种效率成分，并预估实船推进性能。
2. 分析比较各种船舶设计方案的优劣，选择性能最佳的船舶设计。
3. 进行船舶系列试验，将其结果综合绘制成图谱，供船舶设计使用。
4. 根据船舶试验结果，验证船舶理论，分析几何参数对船舶性能的影响规律。
二、实验原理与背景船舶敞水实验是船舶推进领域的重要实验之一，通过对船舶模型在循环水槽中的敞水试验，可以获取船舶在不同工况下的推进性能数据。
实验原理基于流体力学和船舶推进理论，主要包括以下几个方面：1. 相似定理：桨模和实桨满足几何相似、运动相似、动力相似，才能将模型试验数据应用于实桨。
2. 雷诺数：桨模试验的雷诺数必须超过临界值，以保证实验数据的可靠性。
3. 浸没深度：为了避免自由面兴波和吸入空气对桨性能产生不利影响，桨模进行敞水试验时，其浸没与水中的深度应满足一定条件。
三、实验设备与仪器本次实验使用的设备与仪器如下：1. 循环水槽：用于模拟船舶在水中的运动。
2. 螺旋桨模型：用于模拟实船推进系统。
3. 数据采集系统：用于采集实验数据。
4. 测速仪：用于测量螺旋桨转速。
5. 力传感器：用于测量螺旋桨受到的推力。
6. 计时器：用于测量船舶模型在水中的运动时间。
四、实验步骤与数据采集1. 实验准备：首先对实验设备进行检查，确保其正常工作。
然后，将螺旋桨模型安装在船舶模型上，调整螺旋桨的安装角度和浸没深度。
2. 实验开始：启动循环水槽，调整螺旋桨转速，使船舶模型在水槽中稳定运行。
3. 数据采集：使用数据采集系统实时采集螺旋桨转速、推力、船舶模型速度等数据。
4. 实验结束：关闭循环水槽，整理实验数据。
五、实验结果与分析1. 螺旋桨转速与推力关系：通过实验数据，可以得到螺旋桨转速与推力的关系曲线。
根据曲线，可以分析螺旋桨在不同转速下的推进性能。
敞水舵水动力数值计算及分析
敞水舵水动力数值计算及分析
敞水舵水动力数值计算及分析如下：
敞水舵水动力数值计算及分析是水动力学领域的一个重要研究方向，以提高船舶高效操纵和防滑性能为目的。
它不仅要求对流体流场及舵头的阻力分析，而且要考虑船舶在不同舵头和速度下的操纵性能。
数值模拟是以适当的数值方法来研究敞水舵水动力特性，确定舵头面积下旋度-力矩-阻力系数之间的关系，真实模拟船舶在不同舵头和速度下的操纵性能，为优化敞水舵的设计及改善船舶高效操纵和防滑性能提供了基础。
数值模拟的关键在于选取合适的数值方法，采用有限卷积-有限差分方法能比较准确地由计算结果揭示流动结构，为实验和理论研究提供基础数据，可以准确地反映船舶在操纵吃水状态下的操纵性能。
针对斜角舵头，采用一维层流法对攻角和力矩曲线进行了研究，同时通过改进的谱函数法，根据不同攻角和舵头角度的变化来模拟实验结果，为分析斜角舵的水动力特性提供很好的指引。
因此，数值模拟可以有效地研究敞水舵水动力性能，实现船舶高效操纵性能。
螺旋桨敞水试验
nm D
设
m
2 m
ns D
s
2 s
m s
nm D n s D
2 m 2 s 2 m 2 s
nm D 2 ns D
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2 相似条件及要求
要保持桨模和实桨进速系数和雷诺数 同时相等，必须满足
nm 2 ns VAm nm 1 VAs ns
桨模的推力系数等于实桨的推力系数
KT J V A nD 2 n 2 D 2 0 f3 ( , , ) K Q 2 nD gD
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2 相似条件及要求
VA nD
nD 2
为进速系数J，运动相似基本条件 为雷诺数Re ，粘性相似条件 相当傅汝德数，重力相似条件，当桨 轴的沉没深度hs>0.625D,兴波影响 忽略，傅汝德数可不考虑
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3.3 DH5922动态信号测试分析系统
输出部分:
通道数:2路 输出信号范围:0-5V(最大电流5mA) 输入阻抗:0.02Ω D/A转换分辨率:12位 D/A转换速度:2μ S
数字输入输出:
DI:8路,TTL标准电平 DO:8路,TTL标准电平
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3.3 DH5922动态信号测试分析系统
计数器/计时器(8254)
仅修正扭矩系数 ｋ Q。利用平板摩擦阻力 公式直接对扭矩系数进行修正。若采用柏 兰特---许立汀公式 2.58
K Qm K Qs R em R es
1978 年 ITTC 推荐的修正方法，当模型桨 与实桨在同一进速系数时，按下式对推力 系数及扭矩系数进行修正。
KTs KTm KQs KQm KT KQ
3.1 敞水动力仪（H29-1）
直流电机
螺旋桨敞水性能预报
一些铺垫
• 左图为SSPA Da-Qing Li 对某桨的敞水性能计算结 果
螺旋桨敞水特性（Open Water Character）曲线
目录
一、螺旋桨敞水性能计算概述
二、影响计算的主要因素及其选取
三、丌同螺旋桨方法选择不研究情况
四、总结
一、螺旋桨敞水性能计算概述
• 螺旋桨敞水性能计算
不螺旋桨敞水试验相对应传播的船舶计算流体力学CFD计算工作
• 螺旋桨敞水性能计算的一般步骤
• 数值方法（Numerical Method）的选取 离散格式 求解算法 湍流模式
• 几何建模不网格划分（Model Geometry and Grid Generation） • 计算结果考察分析（Result Analysis）
一、螺旋桨敞水性能计算概述
• 流场预报需考量的因素
• 网格划分
• 流场预报需分析的结果
• 网格敏感性 • 雷诺数影响 • 敞水特征曲线 • 倒车性能 • 尾流考察
• 离散格式
• 求解算法
• 湍流模式
一、螺旋桨敞水性能计算概述
• 螺旋桨敞水性能计算的特点
桨叶前、后缘相对于其弦中部位，压力分布的计算值不测量值偏差很大
不升力相比，阻力计算值不测量值偏差较大
四、总结
• 关于螺旋桨的敞水性能预报，经过十几年的发展，已经比 较成熟； • 在湍流模型的选取中，k-ε 模型是最为广泛使用的，然而， 近年来 SST k-w模型逐渐兴起幵被众多研究验证为具有丌 错求解速度和精度的方法 • 网格划分上多采用混合网格，有利于减少计算量的同时保 证足够的计算精度
谢谢，欢迎批评指正
张志荣，2004比较了船舶粘性流体计算的六种主要湍流模式
船舶推进螺旋桨模型的敞水试验
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船舶推进第四章 螺旋桨模型的敞水试验
§4-2 临界雷诺数及尺度效应
一、雷诺数：是以特征速度与特征尺寸的乘积 除以运动粘性系数所得的一个无因次系数。 根据1978年ITTC的规定，螺旋桨的雷诺数以 0.75R处叶切面的弦长及其合速度来表示：
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船舶推进第四章 螺旋桨模型的敞水试验
二、临界雷诺数
螺旋桨模型试验时的雷诺数无法保持与实桨相 同，若雷诺数过低，则由于桨叶切面上流动状 态与实桨不同，将使试验结果无实用价值，因 此必须确立一个模型桨试验的最低雷诺数值称为临界雷诺数。决定粘性流体流动状态的基 本参数之一为雷诺数，当雷诺数足够大时，界 层中的流动才能达到紊流状态，故临界雷诺数 乃为保证模型界层中达到紊流状态的最低雷诺 数。
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船舶推进第四章 螺旋桨模型的敞水试验
目前世界上已有不少性能优良的螺旋桨系列， 其中比较著名、应用较广的有：荷兰的B型螺 旋桨、日本的AU型螺旋桨和英国的高恩螺旋桨 等。B型和AU型螺旋桨适用于商船，而高恩螺 旋桨则适用于水面高速军舰。
目前世界各国比较有名的螺旋桨系列发展 情况，如表4-2和表4-3所示，可根据需要 选用。
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感谢您的观看。
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船舶推进第四章 螺旋桨模型的敞水试验
半无限开敞水域船舶水动力系数问题研究_王凡超_陈忱_严传续
船 舶 工 程 总第 36 卷，2014 年第 1 期
半无限开敞水域船舶水动力系数问题研究
王凡超，陈 忱，严传续
（中国船舶及海洋工程设计研究院，上海 200011）
摘 要：在解决三维浮体靠泊的水动力问题时，正确处理浮体和壁面之间的相互作用是分析计算的 关键所在。 运用边界元法和叠加格林函数法对箱型浮体的靠泊问题进行求解， 通过与SESAM软件对比分 析浮体水动力系数的结果，验证这种方法编写的程序计算结果的精确度。并通过改变浮体与壁面之间的 距离，计算壁面对三维浮体的影响，并对计算结果进行分析。 关键词：水动力系数；半无限开敞水域；三维浮体靠泊；边界元法；格林函数；FORTRAN 中图分类号：U661.1 文献标志码：A 文章编号：1000-6982 (2014) 01-0021-03
镜像 码头 o α 波向 x
2 计算模型 本文中所采用的计算模型为细长型箱浮体，布置 如图2所示，湿表面离散网格模型如图3所示，计算中 取入射波为单位波高，波浪的自然频率 ω 范围从 0.1rad/s～2.3rad/s，浪向角β从0~90°，计算的浮体参数 如表1所示。 在对浮体湿表面网格划分时，采用了206、972、 1732等多种网格数量，并对结果进行对比，通过与 SESAM的结果进行对比分析误差。
Research on Hydrodynamic Parameter of Ship on Semi-infinite Water Area
WANG Fang-chao, CHEN Chen, YAN Chuan-xv
(Chinese Shipping and Marine Engineering Design and Research Institute, Shanghai 200011, China)
敞水实验报告
船模与渔具水动力实验室桨模敞水试验报告姓名：专业：班级：所属课程：试验日期：同组者：年月日船模与渔具水动力实验室螺旋桨模型基本信息模型浆编号：形式：直径D(mm)：螺距比P/D：盘面比Ae/Ao：叶数Z：叶厚比：毂径比：后倾角：最大叶宽比：旋向：一、螺旋桨敞水性特征计算表模型编号__________________________模型直径D__________________________叶厚分数t0/D__________________________水温__________________________ 试验编号__________________________盘面比A e/A o ________________________毂径比d b/D ___________________________ 密度ρ________________________ 比例尺λ__________________________ 螺距比P/D _________________________叶数Z____________________________日期___________________________螺旋桨雷诺数计算公式：1、曾用公式：Re=nD2/v或者V p D/v 2、1978年ITTC规定公式：Re＝{b0.75R[V p2+(0.75πnD)2]1/2}/v螺旋桨敞水性能无因次系数：1、进速系数：J p＝V p/nD 2、推力系数：K T=T/ρn2D43、扭矩系数：K Q=Q/ρn2D54、敞水效率：η0＝K T J P/K Q2π二、螺旋桨敞水性特征曲线0.10.30.20.50.60.4 1.00.80.90.70.10.20.30.60.50.40.70.80.91.0KT10K Qη三、试验结果的分析、讨论四、教师评阅成绩: 签名:。
舵
反应舵
单板舵：
又称平板舵。舵叶是一块钢板，正 反两面交替安装的横向加强筋（舵 臂）等构成。这种舵的特点结构简 单，容易制造，造价低廉，但舵效 不高，阻力大。
用途：驳船和内河小船。
流线型舵：
剖面呈流线型。它是骨架的外围 用复板覆盖而成的。这种舵水动 力性能好，小舵角舵效高，阻力 小。将舵做成空心水密而获得一 定的浮力，可减少舵承上的压力。 其强度也高。虽结构比较复杂， 但被广泛采用与各种船舶上。
λ越小, 绕流的影响就越大，即在同样舵角上所产生的舵压力 越小，而达到最大转船力矩时的舵角就越大。
舵叶的λ值受到船舶吃水及船尾形状等条件限制
海船 (λ=2～2.5)， Mmax的舵角多介于30º ～35 º 之间，规定35 º 河船 (λ 1.0～2.0)， Mmax出现在35 º ～45 º 舵角之间
这种舵由于水平截面呈对称机翼形，故又称流线型舵
舵的型式很多，图8—1示出三种
舵叶的偏转由操舵装置(通常称舵机)来控制 舵机经舵柄1将扭矩传递到舵杆3上 舵杆3由舵承支承，它带动舵叶7偏转 舵承固定在船体上，由承及密封填料组成 舵叶还可通过舵销5支承在舵柱8的舵托9或舵钮6 上
几种舵
整流帽舵
转子舵
- 是在普通舵的前缘装一高速旋转的圆柱， 由于圆柱的高速旋转，产生了一股侧向流， 此流即提高舵的升力，同时增加了绕舵的 环流，又增加了升力，从而明显地提高了 船的回转性能，此种舵多被回转性能要求 高的船所采用。
5、以提高舵压力为目标，一般在普通的 流线型舵上增加一些附体，以更好的 控制尾流，设计成一种高性能的舵。 ⑴希林舵：应用控制螺旋桨尾流的思路 设计成功的一种高性能舵，它的专利 技术包括上下制流板，尾导流板或称 支撑楔板，这种舵广泛应用于出口船 舶。 ⑵主动舵 ⑶襟翼舵：80年代推船船队多用