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集装箱船的螺旋桨在设计时如何考虑空泡现象和噪音控制?
2024年12月22日 19:40   浏览:1   来源:Faye

集装箱船螺旋桨在设计时考虑空泡现象和噪音控制的方法如下:

空泡现象控制


  • 优化螺旋桨几何参数

    • 采用大侧斜螺旋桨:可使叶片各剖面依次进入高伴流区,排开水的体积随时间变化相对平稳,传递到船体表面的螺旋桨诱导表面力较小,从而减小螺旋桨诱导的船艉激振力和空泡现象。同时,大侧斜桨各剖面沿周向错开,能减小不定常载荷通过轴系传递到船体的轴承力,但侧斜过大会降低叶片强度,需权衡设计15

    • 应用反弯扭叶片技术:该技术是侧斜和非线性后倾相结合形成的具有特殊几何形状的螺旋桨叶片,叶片在圆周方向向叶片的压力面弯曲。可使叶背上从叶根到 0.7R 附近的压力降很小,叶面到相邻叶背的压力差较小,相应的从叶面到叶背的横向流小于直叶桨,从而有较高的推进效率,且能极大地减弱梢涡,相应的梢涡空泡及其噪声也将降低15

    • 合理设计螺距分布:适当调整螺旋桨的螺距分布,可有效提高螺旋桨敞水效率,避免因螺距分布不合理导致局部压力过低而产生空泡。例如,通过模型试验和数值模拟,确定在不同半径处的最佳螺距值,使螺旋桨在工作时各剖面的压力分布更均匀15

  • 安装辅助装置:在桨毂帽上安装鳍片,可对毂帽附近的流场起整流作用,特别对于螺距较大和毂涡空泡严重的螺旋桨,能有效减弱毂涡,减少毂涡空泡的产生。鳍片具有一定的螺距角,在螺旋桨尾流场中起到水轮机的作用,从而提高螺旋桨效率15

  • 理论计算与模型试验:运用升力面理论和面元法等先进的水动力理论研究方法,结合商业软件进行螺旋桨的水动力性能预报。同时,进行螺旋桨模型试验,如在空泡水筒中进行空泡观察和激振力测试,通过假尾加网格模拟伴流场,以获取更准确的空泡性能数据,验证和优化设计方案15

噪音控制


  • 降低螺旋桨振动

    • 优化叶型设计:通过改变螺旋桨叶型设计,减少水流在叶片表面的分离,降低涡旋脱落频率,从而减少因涡旋脱落引起的振动和噪音。例如,采用具有良好流线型的叶型,可使水流更顺畅地流过叶片表面,减少水流的紊乱和分离3

    • 提高叶片加工精度:确保螺旋桨叶片的加工精度,减少叶片表面的粗糙度和几何形状误差,避免因叶片表面不平整导致水流不均匀而产生振动和噪音。采用先进的加工工艺和设备,如数控加工技术,可提高叶片的加工精度和质量。

    • 平衡螺旋桨旋转质量:保证螺旋桨旋转时的质量平衡,减少因旋转不平衡产生的周期性激励力和振动。在螺旋桨制造过程中,进行严格的动平衡测试和调整,确保螺旋桨的质量分布均匀。

  • 减少空泡溃灭噪音:控制空泡的产生是减少空泡溃灭噪音的关键,如上述控制空泡现象的方法均可间接减少空泡溃灭噪音。此外,还可采用一些特殊的涂层材料,如具有减阻、降噪和抗空泡剥蚀性能的涂层,涂覆在螺旋桨表面,可降低水流与螺旋桨表面之间的摩擦阻力,减少空泡的形成和溃灭噪音。

  • 控制水流扰动:在船体尾部安装导流装置,引导水流平稳流过螺旋桨,减少水流扰动和空泡产生,从而降低螺旋桨的负荷变化和噪音。同时,优化船体尾部线型设计,减少水流在尾部的扰动,使螺旋桨处于最佳工作状态,降低噪音3

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