混合式CRP推进器水动力特性及尺度效应研究

The hybrid CRP-POD propulsion system is a new contra-rotating propulsor which consists of a forward conventional shaft propeller and an aft podded propulsor. Under the "Green Ship" background, the hybrid CRP-POD propulsion system has a bright future due to the high propulsive efficiency, good maneuverability, flexible arrangement and low exhaust emission. The variable rotate speed ratio of forward and aft propeller, the strong interaction between forward and aft propeller and the deflection of podded propulsor make the hydrodynamic characteristic very complicated. At present, model test is the dominant method to study the hydrodynamic performance at home and abroad without considering the steering condition, and the extrapolated procedure for model scale to full scale has not been established. In this project, the numerical prediction of hydrodynamic characteristic of the hybrid CRP-POD propulsion system will be studied in straightway sailing and steering condition, the open water test will be conducted, and the effect of rotate speed ratio and distance between forward and aft propeller on hydrodynamic performance will be explored; and last the scale effect of hydrodynamic performance will be studied. All these study will lay a foundation for the design and application of the hybrid CRP-POD propulsion system.

混合式CRP推进器是一种组合传统轴系螺旋桨和吊舱推进器实现的新型对转桨推进方式。混合式CRP推进器具有推进效率高、操纵性能好、布置灵活、废气排放低等优点，在目前"绿色船舶"的背景下具有广阔的应用前景。混合式CRP推进器前后桨转速比可调节变化，相互干扰强烈，且后面的吊舱推进器可充当舵的作用左右回转，水动力特性十分复杂。目前国内外大多采用模型试验方法来研究其水动力性能，尚未建立模型到实尺度的换算方法，更未考虑操舵这种复杂工况。 本项目研究直航和操舵状态下混合式CRP推进器水动力性能数值计算方法，改进和完善混合式CRP推进器的敞水试验，开展混合式CRP推进器前后桨的转速比和间距等主要设计参数对其水动力性能的影响规律研究，同时探索混合式CRP推进器水动力性能尺度效应作用，为混合式CRP推进器的设计及应用奠定理论基础。

混合式CRP推进器是一种组合传统轴系螺旋桨和吊舱推进器实现的新型对转桨推进方式，具有推进效率高、操纵性能好、激振力和废气排放低等优点，在绿色船舶的背景下具有广阔的应用前景。本项目主要开展混合式CRP推进器水动力特性及尺度效应研究。.建立了直航状态下混合式CRP推进器水动力性能RANS预报方法，探讨了前桨、后桨和吊舱之间的相互干扰机理。建立了混合式CRP推进器水动力性能面元法预报方法。将吊舱和后桨作为一个整体与前桨进行迭代计算，并对前桨的尾涡面也进行一定程度的修正。.建立了操舵状态下混合式CRP推进器流场精细化数值计算方法。探讨了操舵工况下混合式CRP推进器的水动力性能和流动规律。研究发现后桨推力、吊舱单元横向力和操舵力矩随偏转角增大而增大，前桨推力基本上不随偏转角变化。通过分析流动细节，探讨桨-吊舱相互干扰机理。.开展了混合式CRP推进器主要设计参数对其水动力性能的影响规律研究。研究发现混合式CRP推进器总的推力系数随着间距的增大而减小，而扭矩系数则变化不大，敞水效率随着间距的增大而减小。其推力系数和扭矩系数随转速比的增大而增大，但敞水效率随转速比的增大而减小；相同进速系数下，混合式CRP推进器的敞水性能与转速比呈线性关系；后桨占整个混合式CRP推进器的功率百分比随转速比和进速系数的增大而增大。.研究了混合式CRP推进器水动力性能的尺度效应，提出了实尺度混合式CRP推进器水动力性能预报方法。引入吊舱阻力影响因子来考虑对转桨尾流对吊舱阻力的影响；引入推力和扭矩系数影响因子来考虑前桨尾流和吊舱阻塞对后桨水动力性能的影响，研究发现该影响因子基本上与雷诺数无关，与转速比线性相关。.开展了混合式CRP推进器模型敞水试验和空泡观测试验。探讨了试验测试装置对混合式CRP推进器水动力性能的影响，为直航和操舵工况下混合式CRP推进器水动力性能数值计算方法提供了详实的试验数据。