螺旋桨水动力对轴系动态校中的影响研究

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经济全球化快速发展促使了航运业的繁荣,世界对船舶旺盛的需求促使船舶不断向大型化的方向发展,这对船舶制造业的制造水平也提出了更高的要求。船舶大型化带来的挑战之一就是对船舶轴系校中提出了新的要求,近年来开始不断出现艉轴承磨损甚至烧蚀的事故,经调查发现事故对于带有超大尺寸螺旋桨的巨型船舶和带有高速螺旋桨的长轴系舰船来说明显更容易发生,现有的对轴系进行合理校中计算已经不能满足要求,对此类船舶必须进行更加完善的校中方法,于是对动态校中的研究逐渐展开。动态校中技术是在合理校中的基础之上考虑船舶在动态下各轴承负荷可能会产生的波动,预调轴承变位使船舶运行时各轴承的负荷依然处在允许范围之内。动态校中现阶段考虑的因素主要有三个:船体变形、油膜刚度和温度以及螺旋桨水动力。本文主要是研究船舶运行过程当中螺旋桨水动力对轴系动态校中的影响,由于国内外还没有能进行动态校中实验的实验室,现阶段在这方面的研究还较少。随着近几年计算机技术的迅猛发展,使用CFD(计算流体力学)的仿真技术进行动态校中研究成为了一种更可行的途径。本文首先采用三维建模技术,以螺旋桨的二维型值为基础,利用函数将螺旋桨二维型值坐标转换成三维坐标系下的坐标值,并基于SOLIDWORKS对MAU型螺旋桨三维建模,为螺旋桨导入计算流体力学软件进行水动力分析做准备。其次采用流体分析软件进行螺旋桨的水动力计算,将螺旋桨的三维模型导入流体仿真软件STAR-CCM+当中进行流体分析,采用控制变量法依次改变螺旋桨的参数,提取螺旋桨水动力(螺旋桨的推力和螺旋桨径向力)数据,依据最小二乘法原理根据数据点拟合函数建立螺旋桨参数对螺旋桨水动力影响规律的数学模型,为下面进行动态校中计算提供具有一定精度且简便的螺旋桨水动力计算方法,避免了重复进行螺旋桨三维建模、流体仿真的复杂工作。最后对实船的轴系利用SOLIDWORKS进行三维建模并使用有限元软件ANSYS WORKBENCH分析螺旋桨水动力对轴系各轴承负荷变化的影响,并提出基于合理校中基础上的动态校中(调整轴承竖直变位)的建议,为以后的轴系动态校中计算提供螺旋桨水动力影响规律的参考依据。并研究了转舵角度对船舶艉轴承水平负荷的影响。
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