一种船用吊舱推进器外壳流体构型优化方法技术

本发明专利技术公开了一种船用吊舱推进器外壳流体构型优化方法,包括将船用吊舱式推进器进行数学建模并参数化处理，选择可变的外壳流体构型的可变参数，根据船用吊舱推进器已确定部分确定不可变参数,确定可变参数的变化范围，对多个可变参数进行迭代分析，计算此时的运行阻力分别确定各个可变参数的最优解，最终确定螺旋桨外壳流体构型的各部分尺寸。本发明专利技术提出的方法可为不同的推进器提供个性化解决方案，具有普适性，更好的释放了船用吊舱式推进器的性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种船用吊舱推进器外壳流体构型优化方法


[0001]本专利技术属于流体力学/船舶推进器领域，具体涉及一种新型吊舱水下推进器的吊舱外形设计。

技术介绍

[0002]船舶吊舱式推进器是上世纪末兴起的一种新型水下电推进器，可在360
°
内水平旋转，并在任意方向产生推力。因其具有能效高，操纵性、机动性强，稳定性好，可靠性高等诸多优点，在破冰船、大型游轮、大型科考船、LNG船、潜艇等船只中得到了广泛应用，是目前船舶推进系统领域比较前沿的创新点。但国内小型船舶领域，对推进器流体构型的研究不足导致其性能低、无法满足市场需求。
[0003]现阶段，市场水下推进器的升级多考虑电机或螺旋桨等因素，改进变频方式、单一提升推力或输出功率，缺乏对流体构型对推进器整体性能影响的考虑。从整体提升水动力性能角度考虑，小型船舶吊舱式推进器仍有进一步优化空间。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种基于CFD算法优化推进器外壳流体构型优化方法，本专利技术通过将水下推进器合理划分，提出了一组可优化的数据变量，以达到降低推进器的运行阻力，提高运行效率的目的；详见下文描述：
[0005]构建该种船用吊舱推进器外壳流体构型的数学模型，将船用吊舱推进器流体构型数字化并确定优化设计变量；
[0006]根据该种船用吊舱推进器流体构型的整体外形，将吊舱推进器流体构型分为三段：艏部、中部和艉部，艏部曲线方程r
1(x)
、中部曲线方程r
2(x)
和艉部曲线方程r
3(x)
分别为
[0007][0008][0009][0010]式中：a——艏部长度；
[0011]a0——艏部断面处的长度；
[0012]b——中部长度；
[0013]c——艉部长度；
[0014]d——中部直径；
[0015]θ——艉部包角；
[0016]m——Myring系数
[0017]分析船用吊舱推进器阻力产生的来源，水下推进器的阻力来源主要是压差阻力和
摩擦阻力，欲根据阻力来源优化流体构型；
[0018]摩擦阻力主要受长度、直径和排水体积影响，压差阻力主要受艉部后端面直径和湿表面积影响，推进器的总阻力即可认为是摩擦阻力和压差阻力之和。
[0019]在上述参数中，结合实际应用情况选择出已经标定的变量，其他变量确定为待定变量。
[0020]在螺旋桨主机确定的情况下，螺旋桨流体构型待定参数为艏部长度、中部长度、艉部长度和艉部包角，而艉部包角可由其他三个参数确定，故分析时只采用艏部长度、中部长度和艉部长度作为待定参数，分别对三个待定参数进行迭代分析：在确定某一参数为待确定参数的情况下，将其他参数设定为固定值，选取待确定参数的不同值来获取该参数的优解。对不同参数取值下的流体构型进行ANSYS有限元分析，得到在不同参数取值的阻力值并选取阻力值最小的结果作为该参数的优解。
[0021]将计算得到的各个优解组合，得到流体构型最终尺寸。
[0022]本专利技术提供的技术方案的有益效果是：
[0023]1.比较市面普遍推进器的阻力参数，本专利技术的优化方法所设计出的推进器流体构型在通常行驶航速3kn/h时阻力减小了70％，在设计最大航速7kn/h时阻力减小了85％。优化创新后的流体构型可以大幅度降低推进器阻力。
[0024]2.比较市面普遍推进器的流体构型，本专利技术的优化方法所设计出的推进器流体构型经过全方位深层次多角度优化，采取流体力学性能最优异的外观形状设计，小巧轻便还可以大幅度降低阻力。
[0025]3.比较市面普遍采用的优化方法，本专利技术的优化方法可以根据不同推进器的来提供个性化解决方案，以满足不同推进器的复杂需求。
附图说明
[0026]图1为所提优化方法实施过程示意图；
[0027]图2为流体构型参数化模型示意图；
[0028]图3为分段情况示意图；
[0029]图4为第一次计算系列模型尺寸设置示意图；
[0030]图5为第二次计算系列模型尺寸设置示意图；
[0031]图6为第三次计算系列模型尺寸设置示意图；
[0032]图7为第一次计算结果图；
[0033]图8为第二次计算结果图；
[0034]图9为第三次计算结果图。
[0035]具体实施方法
[0036]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。
[0037]为了克服现有技术的不足，即传统船用吊舱推进器流体套件的设计不合理、不完备，导致推进器阻力增大，不能充分利用推进器性能，降低推进器的整体推进效率，本专利技术提供了一种运用CFD算法优化推进器外壳流体构型，从而达到降低推进器的运行阻力，提高运行效率的目的。
[0038]本专利技术提供了一种船用吊舱推进器外壳流体构型优化方法，如图1所示，该方法实施过程包括：
[0039]步骤101：该种船用吊舱推进器的部件主要包括：舱体、支架以及螺旋桨，支架连接舱体和船体，螺旋桨位于所述舱体的尾端，所述舱体的形状呈流线型。
[0040]步骤102：根据图2，构建该种船用吊舱推进器外壳流体构型的数学模型，将船用吊舱推进器流体构型数字化并确定优化设计变量；
[0041]根据该种船用吊舱推进器流体构型的整体外形，将吊舱推进器流体构型分为三段：艏部、中部和艉部，艏部曲线方程r
1(x)
、中部曲线方程r
2(x)
和艉部曲线方程r
3(x)
分别为
[0042][0043][0044]式中：a——艏部长度；
[0045]a0——艏部断面处的长度；
[0046]b——中部长度；
[0047]c——艉部长度；
[0048]d——中部直径；
[0049]θ——艉部包角；
[0050]m——Myring系数
[0051]步骤103：分析船用吊舱推进器阻力产生的来源，水下推进器的阻力来源主要是压差阻力和摩擦阻力；
[0052]摩擦阻力主要受长度、直径和排水体积影响，压差阻力主要受艉部后端面直径和湿表面积影响，推进器的总阻力即可认为是摩擦阻力和压差阻力之和。
[0053]步骤104：在步骤102所述参数中，根据步骤103的受力分析，结合实际应用情况选择出已经标定的变量，其他变量确定为待定变量。
[0054]步骤105：迭代优化待定参数，排除劣解，获得优解；
[0055]如待定参数为艏部长度、中部长度、艉部长度和艉部包角，而艉部包角可由其他三个参数确定，故分析时只采用艏部长度、中部长度和艉部长度作为待定参数，分别对三个待定参数进行迭代分析：在确定某一参数为待确定参数的情况下，将其他参数设定为固定值，选取待确定参数的不同值来获取该参数的优解。对不同参数取值下的流体构型进行ANSYS有限元分析，得到在不同参数取值的阻力值并选取阻力值最小的结果作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种船用吊舱推进器外壳流体构型优化方法，其特征在于，所述方法包括：构建该种船用吊舱推进器外壳流体构型的数学模型，将船用吊舱推进器流体构型数字化并确定优化设计变量；根据流体力学实验分析船用吊舱推进器所受阻力；根据已确定的推进器尺寸确定流体构型的中部直径；迭代优化其他待定参数，排除劣解，获得较优解，将计算得到的各个较优解组合，得到流体构型最终尺寸。2.根据权利要求1所述的一种船用吊舱推进器外壳流体构型优化方法，其特征在于，所述将船用吊舱推进器流体构型数字化并确定优化设计变量，具体为：根据该种船用吊舱推进器流体构型的整体外形，将水下推进器流体构型分为三段：艏部、中部和艉部，艏部曲线方程r
1(x)
、中部曲线方程r
2(x)
和艉部曲线方程r
3(x)
分别为：分别为：分别为：式中：a——艏部长度；a0——艏部断面处的长度；b——中部长度；c——艉部长度；d——中部直径；θ——艉部包角；m——Myring系数。3.根据权利要求1所述的一种船用吊舱推进器外壳流体构型优化方法，其特征在于，所述根据流体力学实验分析水下推进器所受阻...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚熙原，肖迁，郑茜媛，李佳昊，于海泉，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：