模型冰对螺旋桨水动力性能影响的试验研究

摘要

普通船舶在水域航行时通常选用常规螺旋桨、导管桨或吊舱推进器等作为推进装置，但是冰区低温多冰、气候恶劣的环境对船舶的推进系统有着更为严格的要求。船舶在冰区航行，特别是在破冰情况下航行时，经常会导致碎冰在船舶艏部下沉，当船舶通过覆冰区域时，碎冰会沿着船体逐步接近螺旋桨，从而使螺旋桨受到极端载荷的作用。目前，关于螺旋桨与冰的研究尤其是国内方面的研究非常少，而试验方面的研究几乎没有。针对国内在冰对螺旋桨水动力性能影响试验短缺的情况，本文在模型冰对螺旋桨水动力性能试验的基础上，结合 PIV测量技术和 CFD技术对模型冰对螺旋桨性能影响进行了相关研究。
　　本文主要研究了模型冰在阻塞、临近和切削三种状态下对螺旋桨水动力性能的影响，测量了螺旋桨在模型冰三种状态下受到的推力和扭矩。在阻塞和临近两种状态时分别测量了模型冰在x、y和z轴方向上的运动以及不同数量、不同厚度和不同宽度的模型冰在x轴上运动时对螺旋桨水动力性能的影响。其次，研究了不同厚度的模型冰以不同的推进速度与螺旋桨切削的情况，试验过程中分别测量了螺旋桨在水中和空气中与模型冰的切削，探究了螺旋桨-冰切削过程中螺旋桨水动力性能，并在此基础上测量了螺旋桨在凹槽模型冰中运动时的水动力性能。得出了螺旋桨的推力和扭矩与模型冰运动状态的相互关系。
　　另一方面，本文对模型冰以及螺旋桨后的尾流场进行了测量，采用PIV精细流场测量技术对不同宽度和不同厚度模型冰后的尾流场进行了测量，探究了螺旋桨在模型冰后的实际运动流场。其次，研究了模型冰与螺旋桨不同距离时螺旋桨后某截面的流场信息。最后，结合 PIV精细流场测量技术及 CFD计算对不同宽度和不同厚度模型冰运动时螺旋桨后某截面的流场进行了比较，通过更加直观的方式对螺旋桨水动力性能进行补充研究，为研究冰区加强桨或冰级桨做铺垫。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2 螺旋桨和冰的相互作用

1.3 冰对螺旋桨的水动力性能研究与发展现状

1.4 本文的主要工作

第2章 模型冰对螺旋桨试验研究简介

2.1 试验简介

2.2 模型冰简介

2.3 试验设备及试验模型

2.4本章小结

第3章 模型冰对螺旋桨水动力性能试验结果分析

3.1 试验过程简介

3.2 螺旋桨模型敞水性能分析

3.3 模型冰在坐标轴上运动时螺旋桨性能分析

3.4 不同尺度以及不同数量的模型冰对螺旋桨的水动力性能分析

3.5 螺旋桨-冰切削过程中螺旋桨水动力性能分析

3.6 螺旋桨在切削后的模型冰内运动时其水动力性能分析

3.7 本章小结

第4章 模型冰对螺旋桨流场影响的特性分析

4.1 CFD方法介绍

4.2 PIV方法介绍

4.3 试验过程中流场的特性分析

4.4 螺旋桨流场的试验值和CFD软件计算值对比

4.5 本章小结

结论

参考文献

致谢