L型吊艙推進器敞水性能試驗研究
發(fā)布時間：2020-12-21 21:28
當代船舶對推進器的要求越來越高,尤其是特種船舶,如郵輪,破冰船等。為了滿足船舶的要求,研發(fā)出各種各樣的推進器,吊艙推進器作為一種特種推進器應運而生。我國研究機構(gòu)也非常重視吊艙推進器相關(guān)技術(shù)的開發(fā),但是由于技術(shù)的封鎖以及我國對吊艙推進器的開發(fā)時間較晚,與世界上先進國家相比,我國對于吊艙推進器研究與開發(fā)的技術(shù)還很落后。為了解決這種現(xiàn)狀,首先要設計出一套成熟的吊艙推進器水動力性能試驗方法,水動力性能試驗方法包括吊艙推進器的敞水試驗,由吊艙推進器模型外推實尺度吊艙推進器的水動力性能以及將吊艙推進器作為推進系統(tǒng)的船舶自航試驗。我國也進行了一些類型的吊艙推進器敞水試驗,但是研究L型吊艙推進器敞水性能的試驗研究非常少,對于支架與艙體夾角為60度的吊艙推進器研究就更少,針對國內(nèi)研究的情況,本文將3D打印技術(shù)應用于吊艙推進器外殼的制作,運用自主研發(fā)設計的吊艙推進器敞水動力儀,PIV精細流場測量裝置以及CFD數(shù)值仿真技術(shù)對吊艙推進器敞水性能進行研究。本文在設計吊艙推進器敞水動力儀以及其他設備時充分考慮ITTC規(guī)程,均是在滿足ITTC規(guī)程的前提下進行設計與加工。使用敞水動力儀對L型吊艙推進器進行相關(guān)的敞水試...
【文章來源】：哈爾濱工程大學黑龍江省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：81 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
吊艙推進器結(jié)構(gòu)
運用傳統(tǒng)敞水動力儀就可以實現(xiàn)，L型吊艙推進器常規(guī)水動力性能試驗包括直航，斜航以及操舵的水動力性能試驗。本研究根據(jù)L型吊艙推進器的形式，ITTC規(guī)程以及試驗中要求的工況，自主設計一套L型吊艙推進器敞水動力儀。該動力儀主要包括三個部分，操舵裝置，偏轉(zhuǎn)角測量裝置，吊艙單元測量天平。該敞水動力儀不僅能夠進行L型吊艙推進器斜航試驗，而且能夠進行L型吊艙推進器操舵試驗。在進行操舵試驗時，能夠控制L型吊艙推進器的操舵速率。如圖2.1所示為本研究所用的L型吊艙推進器操舵裝置。操舵所用電機傳動機構(gòu)及角度傳感器圖2.1L型吊艙推進器操舵裝置2.2.2L型吊艙推進器外殼因為吊艙推進器模型的尺寸小，艙體表面曲率大，殼體內(nèi)部的軸承支座以及走線孔的布置非常復雜，運用傳統(tǒng)的機械方法特別難以實現(xiàn)，并且支架與艙體進行焊接時，還會出現(xiàn)形變，從而難以保證艙體與支架角度的精準。本試驗運用3D打印技術(shù)來對艙體的外殼進行加工，但是3D打印的材料強度不能滿足試驗的要求，所以在3D打印的外殼上糊上玻璃鋼來加強3D打印殼體的強度。環(huán)氧樹脂與固化劑的比例影響著玻璃鋼的脆性與強度，經(jīng)過多次試驗，最后選定質(zhì)量比為4:1.5的劑量。3D打印之前考慮到玻璃纖維布與玻璃鋼膠都會有厚度，如果3D打印的殼體按照1:1的比例進行打印，最后的試驗模型與設計的模型存在很大的誤差，根據(jù)經(jīng)驗，，每層玻璃鋼的厚度為0.5mm,在設計3D打印的殼體時，就將玻璃鋼的厚度與后來進行處理時的余量計算出來，以便最后得到與設計模型一樣的尺寸。糊完玻璃鋼后對艙體表面進行光滑處理，通常是在玻璃鋼表面抹上原子灰，然后進行打磨處理，打磨3遍之后，艙體表面的光滑度達到要求。最后在外殼表面噴涂漆料。經(jīng)過玻璃鋼蒙皮12
之后的L型吊艙推進器外殼以及L型吊艙推進器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。3D打印外殼3D打印內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖2.2L型吊艙推進器3D打印殼體2.2.3傳動軸系本試驗中吊艙推進器艙體與支架之間的夾角為60度，夾角處采用的傳動機構(gòu)為傳動角度為60度的斜齒輪，斜齒輪屬于非標準件，所以本試驗中采用的機械齒輪為自行設計的齒輪，齒輪模型原型設計采用標準齒輪為基準進行修改，其中60度齒輪齒面強度及面積需特殊計算處理，表2.1為設計齒輪的基本參數(shù)。設計完成之后交付非標齒輪廠進行加工，為了保證齒輪的強度以及齒輪表面光滑度，加工過程中進行表面淬火，電鍍層處理。斜齒輪與軸系之間的組合完成L型吊艙推進器傳動的主體結(jié)構(gòu)。表2.1傳動齒輪基本參數(shù)名稱參數(shù)模數(shù)M2傳動比1:1齒數(shù)20齒輪角度60°2.2.4驅(qū)動電機的選擇本研究在進行試驗之前，首先建立三維模型并進行數(shù)值模擬計算，根據(jù)計算的結(jié)果以及軸系傳動過程中的損耗來選擇電機的型號。最后本研究中選擇電機的額定功率為3000W，最高轉(zhuǎn)速為1200r/min,電機能夠提供7NM的扭矩。2.2.5測量裝置的選擇本本研究的測量天平分為兩部分進行測量，其中一個天平測量L型吊艙推進器螺旋槳的推力與扭矩，另一個天平為三分力天平，用來測量L型吊艙推進器整體的推力，側(cè)向力以及操舵力矩。兩部分測量天平均是根據(jù)數(shù)值計算的結(jié)果來選定測量天平的量程。測量螺哈爾濱工程大學碩士學位論文13
【參考文獻】：
期刊論文
[1]大型循環(huán)水槽吊艙推進器空泡性能試驗研究[J]. 黃紅波,吳穎昕,王建芳,樊曉冰. 船舶力學. 2017(04)
[2]全回轉(zhuǎn)推進器多偏轉(zhuǎn)角工況水動力性能研究[J]. 張文璨,董國祥,陳偉民. 上海船舶運輸科學研究所學報. 2017(01)
[3]混合式CRP-POD推進系統(tǒng)操船工況水動力性能研究[J]. 任�？�,陳霞萍,陳昌運. 中國造船. 2017(01)
[4]裝備吊艙式電力推進器郵船標準操縱用語[J]. 蔡斌,蔡飛飛. 中國航海. 2017(01)
[5]舵角工況下吊艙推進器性能試驗研究[J]. 沈興榮,孫群,衛(wèi)燕清,吳永順,王海波. 中國造船. 2016(03)
[6]推進器水動力性能數(shù)值預報自動化平臺PreFluP開發(fā)[J]. 劉登成,韋喜忠,洪方文,唐登海. 船舶力學. 2016(07)
[7]吊艙推進器的發(fā)展趨勢及關(guān)鍵技術(shù)分析[J]. 韓旗. 機電設備. 2016(03)
[8]基于CFD預報雙槳式吊艙推進器水動力性能[J]. 祝志超,熊鷹. 艦船科學技術(shù). 2016(05)
[9]直航和回轉(zhuǎn)工況下吊艙推進器水動力性能數(shù)值計算方法研究[J]. 王展智,熊鷹,孫海濤,王睿. 推進技術(shù). 2016(03)
[10]主要設計參數(shù)對混合式CRP推進器敞水性能的影響[J]. 王展智,熊鷹,王睿. 哈爾濱工程大學學報. 2016(01)
博士論文
[1]船舶吊艙推進電機無模型自適應矢量控制策略研究[D]. 姚文龍.大連海事大學 2015
[2]吊艙推進器推進及空泡性能的數(shù)值模擬[D]. 解學參.哈爾濱工程大學 2009
碩士論文
[1]吊艙回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)的設計與仿真研究[D]. 黃喆.大連海事大學 2015
[2]船舶吊艙式電力推進系統(tǒng)船機槳匹配研究[D]. 秦業(yè)志.集美大學 2015
[3]吊艙推進器敞水推進性能研究[D]. 邢健.大連理工大學 2014
[4]混合式CRP吊艙推進器的水動力性能研究[D]. 汪小翔.哈爾濱工程大學 2013
[5]吊艙推進器水動力性能數(shù)值研究[D]. 董小倩.上海交通大學 2013
[6]IMP推進器導管優(yōu)化及槳葉強度校核方法研究[D]. 郭婷.武漢理工大學 2012
[7]吊艙電力推進交流傳動系統(tǒng)的設計[D]. 鄭暉.武漢理工大學 2011
[8]三維PIV系統(tǒng)的雙目融合技術(shù)研究[D]. 馬樂.大連理工大學 2009
[9]船尾伴流對吊艙推進器水動力性能的影響[D]. 丁幗嵐.哈爾濱工程大學 2007
[10]吊艙電力推進裝置及其螺旋槳設計研究[D]. 張慶文.大連理工大學 2006
本文編號：2930536
【文章來源】：哈爾濱工程大學黑龍江省 211工程院校
【文章頁數(shù)】：81 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
吊艙推進器結(jié)構(gòu)
運用傳統(tǒng)敞水動力儀就可以實現(xiàn)，L型吊艙推進器常規(guī)水動力性能試驗包括直航，斜航以及操舵的水動力性能試驗。本研究根據(jù)L型吊艙推進器的形式，ITTC規(guī)程以及試驗中要求的工況，自主設計一套L型吊艙推進器敞水動力儀。該動力儀主要包括三個部分，操舵裝置，偏轉(zhuǎn)角測量裝置，吊艙單元測量天平。該敞水動力儀不僅能夠進行L型吊艙推進器斜航試驗，而且能夠進行L型吊艙推進器操舵試驗。在進行操舵試驗時，能夠控制L型吊艙推進器的操舵速率。如圖2.1所示為本研究所用的L型吊艙推進器操舵裝置。操舵所用電機傳動機構(gòu)及角度傳感器圖2.1L型吊艙推進器操舵裝置2.2.2L型吊艙推進器外殼因為吊艙推進器模型的尺寸小，艙體表面曲率大，殼體內(nèi)部的軸承支座以及走線孔的布置非常復雜，運用傳統(tǒng)的機械方法特別難以實現(xiàn)，并且支架與艙體進行焊接時，還會出現(xiàn)形變，從而難以保證艙體與支架角度的精準。本試驗運用3D打印技術(shù)來對艙體的外殼進行加工，但是3D打印的材料強度不能滿足試驗的要求，所以在3D打印的外殼上糊上玻璃鋼來加強3D打印殼體的強度。環(huán)氧樹脂與固化劑的比例影響著玻璃鋼的脆性與強度，經(jīng)過多次試驗，最后選定質(zhì)量比為4:1.5的劑量。3D打印之前考慮到玻璃纖維布與玻璃鋼膠都會有厚度，如果3D打印的殼體按照1:1的比例進行打印，最后的試驗模型與設計的模型存在很大的誤差，根據(jù)經(jīng)驗，，每層玻璃鋼的厚度為0.5mm,在設計3D打印的殼體時，就將玻璃鋼的厚度與后來進行處理時的余量計算出來，以便最后得到與設計模型一樣的尺寸。糊完玻璃鋼后對艙體表面進行光滑處理，通常是在玻璃鋼表面抹上原子灰，然后進行打磨處理，打磨3遍之后，艙體表面的光滑度達到要求。最后在外殼表面噴涂漆料。經(jīng)過玻璃鋼蒙皮12
之后的L型吊艙推進器外殼以及L型吊艙推進器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。3D打印外殼3D打印內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖圖2.2L型吊艙推進器3D打印殼體2.2.3傳動軸系本試驗中吊艙推進器艙體與支架之間的夾角為60度，夾角處采用的傳動機構(gòu)為傳動角度為60度的斜齒輪，斜齒輪屬于非標準件，所以本試驗中采用的機械齒輪為自行設計的齒輪，齒輪模型原型設計采用標準齒輪為基準進行修改，其中60度齒輪齒面強度及面積需特殊計算處理，表2.1為設計齒輪的基本參數(shù)。設計完成之后交付非標齒輪廠進行加工，為了保證齒輪的強度以及齒輪表面光滑度，加工過程中進行表面淬火，電鍍層處理。斜齒輪與軸系之間的組合完成L型吊艙推進器傳動的主體結(jié)構(gòu)。表2.1傳動齒輪基本參數(shù)名稱參數(shù)模數(shù)M2傳動比1:1齒數(shù)20齒輪角度60°2.2.4驅(qū)動電機的選擇本研究在進行試驗之前，首先建立三維模型并進行數(shù)值模擬計算，根據(jù)計算的結(jié)果以及軸系傳動過程中的損耗來選擇電機的型號。最后本研究中選擇電機的額定功率為3000W，最高轉(zhuǎn)速為1200r/min,電機能夠提供7NM的扭矩。2.2.5測量裝置的選擇本本研究的測量天平分為兩部分進行測量，其中一個天平測量L型吊艙推進器螺旋槳的推力與扭矩，另一個天平為三分力天平，用來測量L型吊艙推進器整體的推力，側(cè)向力以及操舵力矩。兩部分測量天平均是根據(jù)數(shù)值計算的結(jié)果來選定測量天平的量程。測量螺哈爾濱工程大學碩士學位論文13
【參考文獻】：
期刊論文
[1]大型循環(huán)水槽吊艙推進器空泡性能試驗研究[J]. 黃紅波,吳穎昕,王建芳,樊曉冰. 船舶力學. 2017(04)
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[3]混合式CRP-POD推進系統(tǒng)操船工況水動力性能研究[J]. 任�？�,陳霞萍,陳昌運. 中國造船. 2017(01)
[4]裝備吊艙式電力推進器郵船標準操縱用語[J]. 蔡斌,蔡飛飛. 中國航海. 2017(01)
[5]舵角工況下吊艙推進器性能試驗研究[J]. 沈興榮,孫群,衛(wèi)燕清,吳永順,王海波. 中國造船. 2016(03)
[6]推進器水動力性能數(shù)值預報自動化平臺PreFluP開發(fā)[J]. 劉登成,韋喜忠,洪方文,唐登海. 船舶力學. 2016(07)
[7]吊艙推進器的發(fā)展趨勢及關(guān)鍵技術(shù)分析[J]. 韓旗. 機電設備. 2016(03)
[8]基于CFD預報雙槳式吊艙推進器水動力性能[J]. 祝志超,熊鷹. 艦船科學技術(shù). 2016(05)
[9]直航和回轉(zhuǎn)工況下吊艙推進器水動力性能數(shù)值計算方法研究[J]. 王展智,熊鷹,孫海濤,王睿. 推進技術(shù). 2016(03)
[10]主要設計參數(shù)對混合式CRP推進器敞水性能的影響[J]. 王展智,熊鷹,王睿. 哈爾濱工程大學學報. 2016(01)
博士論文
[1]船舶吊艙推進電機無模型自適應矢量控制策略研究[D]. 姚文龍.大連海事大學 2015
[2]吊艙推進器推進及空泡性能的數(shù)值模擬[D]. 解學參.哈爾濱工程大學 2009
碩士論文
[1]吊艙回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)的設計與仿真研究[D]. 黃喆.大連海事大學 2015
[2]船舶吊艙式電力推進系統(tǒng)船機槳匹配研究[D]. 秦業(yè)志.集美大學 2015
[3]吊艙推進器敞水推進性能研究[D]. 邢健.大連理工大學 2014
[4]混合式CRP吊艙推進器的水動力性能研究[D]. 汪小翔.哈爾濱工程大學 2013
[5]吊艙推進器水動力性能數(shù)值研究[D]. 董小倩.上海交通大學 2013
[6]IMP推進器導管優(yōu)化及槳葉強度校核方法研究[D]. 郭婷.武漢理工大學 2012
[7]吊艙電力推進交流傳動系統(tǒng)的設計[D]. 鄭暉.武漢理工大學 2011
[8]三維PIV系統(tǒng)的雙目融合技術(shù)研究[D]. 馬樂.大連理工大學 2009
[9]船尾伴流對吊艙推進器水動力性能的影響[D]. 丁幗嵐.哈爾濱工程大學 2007
[10]吊艙電力推進裝置及其螺旋槳設計研究[D]. 張慶文.大連理工大學 2006
本文編號：2930536
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