基于PIV的吊舱推进器直航及非设计工况下水动力特性理论与实验研究

吊舱推进器作为一种新型的船舶推进方式改变了传统的桨、舵推进模式，该推进器型式多样，水动力学干扰复杂。ITTC自第24届设立吊舱推进器专家委员会，第25届提出了试验规程建议。近年来，吊舱推进器水动力性能的研究已经从单纯的宏观力与力矩的验证转向了流动细节的考量。本项目拟建立基于粒子图像测速技术（PIV）与CFD相结合的吊舱推进器流场精确模拟的研究方法。PIV精细流场测量的引入，可以获得桨叶尾流中关键平面内流场结构、流场运动特性，可以更加深入的了解桨、舱体以及支架相互作用的物理本质。本项目通过对微观条件下舱体壁面结构参数、流场参数的考察，与CFD相结合，建立适合于直航、大舵角斜航以及操舵状态下的吊舱推进器水动力性能理论预报模型。本项目研究中的操舵状态下动态性能实验,将完善吊舱推进器系列实验研究项目。

进入21世纪以来，人类的环保意识越来越强，在船舶领域亦是如此，尤其是EEDI准则设立之后，船舶行业对于能耗的控制也愈发严格。吊舱推进器作为电力推进方式的杰出代表，不仅具有突出的水动力性能，在整体的推进效率、燃油消耗以及节能方面也有优异的表现。目前，在豪华游轮、破冰船、渡轮等领域已经得到了广泛的认可，随着研究的深入，吊舱推进器的型式、种类、用途也越来越广泛，各种新产品层出不穷。而关于此方面的研究尤其是国内方面的试验研究又非常少，针对国内在该型吊舱推进器实验装置短缺的情况，本项目在自主研发敞水条件下吊舱推进器水动力性能实验装置的基础之上，结合PIV测量技术和CFD技术对敞水条件下吊舱推进器的相关性能进行了初步的研究。.针对吊舱推进器设计了相应的敞水动力仪，并对该吊舱推进器在直航、斜航及动态操舵状态下的螺旋桨推力、扭矩，吊舱推进器单元整体所受推力、侧向力及平面操舵力矩进行试验分析；在流场测量方面，采用CFD方法与水下PIV测量技术相结合的方式对其桨后、支架附近及尾部流场进行研究。.项目研究中的试验方面在充分考虑ITTC推荐规程的前提下结合哈尔滨工程大学船模水池实验室的实际情况对该吊舱推进器进行了对应的试验方案设计并对于试验中的注意事项以及影响因素进行了简要的介绍。重点比较了不同进速系数下吊舱推进器在直航、小舵角斜航及大舵角斜航工况下螺旋桨推力，所承受负荷及吊舱单元整体的推力、侧向力和操舵力矩等水动力性能随角度变化的规律，并对动态操舵下不同操舵速率、不同操舵方向的吊舱推进器相关水动力特性进行了分析。在流场分析方面，结合PIV精细流场测量技术及CFD计算对直航、斜航等非设计工况下L型吊舱推进器的流场性能进行分析，对螺旋桨桨后流场，支架部分某截面流场和舱体单元的尾部近流场分别进行了比较，通过更加直观的方式对吊舱推进器的整体性能进行补充研究。