摘要
近年来，随着国际社会对北极航道以及极地资源的开采关注度逐渐提高，冰区船舶的研究受到了更多的重视，冰区船舶航行的多工况性使其推进器装置的工作环境较常规船舶有很大不同。在冰区航行时，阻力较大，同时由于螺旋桨存在被外部冰块包围、阻塞的可能性，因此需要推进器在较低航速下发出足够的推力以支持船舶破冰航行，吊舱推进器具有极高的抗过载能力和破冰能力，因此被广泛配套于极地船舶。因此，研究冰区吊舱推进器的水动力性能很有必要。同时，由于船舶在航行过程中，船尾伴流会影响到吊舱推进器的螺旋桨附近的流场，导致了螺旋桨前方的复杂伴流场，所以研究船舶伴流对吊舱推进器的影响是预报冰区船舶自航性能很重要的一环。 本文基于CFD计算理论，分别对吊舱推进器在敞水条件下、冰阻塞条件下、船尾伴流条件下的水动力特性进行了计算研究。利用FINE/Marine流体计算软件的HEXPRESS网格模块和FINE计算模块，对实尺度和缩尺吊舱推进器进行数值模拟预报，使用滑移网格方法(Sliding Mesh)来处理螺旋桨相对于吊舱的旋转问题和滑移面之间信息的交互，具体研究内容如下： (1)吊舱推进器数值方法验证。选取参考文献中某一项目中的吊舱推进器模型，通过使用CFD数值计算方法得到模拟数据，再与项目中提供的试验数据进行比较，验证了该数值计算方法的可行性，结果显示该吊舱推进器模型的数值计算结果与试验结果较为吻合，两者推力和转矩系数的瞬时平均值的误差分别小于5%和2.31%。 (2)吊舱推进器在敞水条件下的水动力性能研究。研究计算了目标吊舱推进器在0~0.9的进速范围内的轴向力。并对该吊舱推进器在常用进速系数范围下(J=0.3~0.7)，螺旋桨与吊舱的相互作用进行了讨论。 (3)吊舱推进器在冰阻塞条件下的水动力性能研究。对两种典型进速下的吊舱推进器在三种不同冰块密集度和五种不同冰桨间距下的轴向力进行了研究，得到了多工况下的吊舱推进器的水动力性能，并将监测得到的吊舱推进器与冰块在非定常情况下瞬时数据，通过傅里叶变换转换为频域信号，对其变化规律进行总结。 (4)吊舱推进器在船尾伴流条件下的水动力性能研究。通过缩尺模型研究了船尾伴流对吊舱推进器水动力性能的影响，分别对船桨耦合的自航状态下的伴流影响和标称伴流的影响进行了计算研究，并与敞水下的数据进行了对比分析。
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