帶有POD吊艙推進器的新型貨櫃船的製作方法

2023-05-15 23:56:51

本發明涉及一種新型貨櫃船，尤其涉及一種帶有POD吊艙推進器的Pram艉型貨櫃船，屬於船舶工程領域。

背景技術：

吊艙式推進器(又稱POD推進器)是近年來發展起來的一種新型的船舶推進裝置，該推進系統可以節省艙室空間，降低主機的振動，增加推進效率，提高船艦的操縱性能。POD推進器主要由螺旋槳、吊艙和舵三部分組成。通過舵的連接，將吊艙懸掛在船艉底部，吊艙內放有電動機，通過電動機驅動吊艙前後的螺旋槳。其設計的主要思想創新在於：通過舵連接，將置有螺旋槳和電動機的吊艙懸掛在船艉底部，吊艙能360°旋轉，這就節省了傳統使用的推進器軸系，將推進裝置與舵結合成一個整體。通過將推進系統置於船外來節省船艙空間，增大了船舶設計、航行和操作的靈活性。在商用船舶和軍事艦艇的應用上POD推進器具有極高的價值。

本發明在B573貨櫃船的基礎上改建了Pram艉型的船艉，使螺旋槳盤面的尾流場分布更加均勻，並且搭載POD推進器，最終提高水動力性能與操縱性。

技術實現要素：

為了提高貨櫃船的水動力性能與操縱性，從而提高船舶的航行效率，本發明提供一種帶有POD吊艙推進器的新型貨櫃船，該船將POD推進器、B573貨櫃船與Pram艉型進行結合，達到更優良的水動力性能。

本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：

帶有POD吊艙推進器的新型貨櫃船，包括Pram船艉、POD推進器、B573貨櫃船，其特徵是將B573貨櫃船的船艉採用Pram艉型，該貨櫃船上搭載有POD推進器，且POD推進器中螺旋槳採用B4-70螺旋槳。

進一步的，所述的POD推進器採用拖式POD推進器。

本發明在對B573貨櫃船一系列研究的基礎上，使用三維建模軟體MAYA建立了載有POD推進器的Pram艉型的新型船模，POD中螺旋槳為改進的B4-70螺旋槳，對貨櫃船伴流場的網格劃分方法進行研究。將B573貨櫃船的計算值與實驗值進行對比分析，其誤差僅為3％，數值計算的結果具有極高的可靠性。計算新型船模的隨航速變化下阻力的變化，並對新型船模螺旋槳盤面的尾流場進行分析，將結果與波蘭研究人員的研究結果進行對比，得出新型船模的阻力降低約10％，Pram艉型船體伴流分數改善，船身效率ηH提高了2.4％，且螺旋槳盤面的尾流場分布更加均勻，速度分布改善，有利於改善螺旋槳的工況。

採用滑移網格的計算方法，在流體分析軟體CFX中分析了敞水拖式與推式POD推進器的非定常水動力性能，在一個旋轉周期內，研究舵、吊艙、螺旋槳在X，Y，Z三個坐標方向上的推力和轉矩等隨旋轉角度而變化的情況。通過分析可以發現這些變量呈周期性振蕩，且在相同工況下，拖式POD推進器的推力高於推式POD推進器，約為21.1％。

針對船後拖式POD推進器，採用SST k-ω湍流模型，計算船後0°偏轉角時船後POD推進器的水動力性能，並與均勻入敞水工況下的實驗水動力性能進行對比，發現POD推進器的推力和轉矩提高了9-10％，且推進效率提高1％左右，這是由於POD推進器受到船體伴流場的影響。此外選取了POD推進器偏轉角為5°、10°、15°、20°、25°、30°、45°、90°、135°、180°，研究了偏轉角對POD推進器水動力性能的影響，為其操作性提供可可靠的依據。當偏轉角約為11°左右時，POD推進器在X方向的推力達到最大值，然後隨著偏轉角的繼續增大，推力逐漸減小。偏轉角為180°時，為倒車狀態，可提供最大的減速度。

本發明的有益效果是，本發明設計了帶有POD推進器的新型貨櫃船，改造已有的船型，降低阻力約10％，改善螺旋槳的工況。採用拖式POD推進器，推力較推式POD增大約21.1％。受到船艉伴流場的影響，POD推進器的推力和轉矩較敞水時提高約為9-10％，船身效率ηH提高了2.4％，且增加1％推進效率，並增強了操縱性。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1為本發明中B573貨櫃船的幾何模型；

圖2為本發明Pram艉型的船體模型；

圖3為本發明POD吊艙位置示意圖；

圖4為本發明吊艙式推進器。

圖5為螺旋槳盤面的軸向伴流分數(a)B573船體CFD計算(b)B573船體模型試驗

(c)Pram艉型船體CFD計算

圖中：1、Pram船艉 2、POD推進器 3、B573貨櫃船

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本發明作進一步的說明。

新型貨櫃船，包括1、Pram船艉 2、POD推進器 3、B573貨櫃船。其特徵之一是1、3部分形成一個新型貨櫃船；其特徵之二是2、POD推進器中螺旋槳部分採用改進型B4-70螺旋槳；其特徵之三是2、POD推進器與1、3結合成一個帶有POD推進器的新船型。

本發明工作原理是：使用三維建模軟體MAYA建立了載有POD推進器的Pram艉型的新型船模，進行流體仿真，將B573貨櫃船的計算值與實驗值進行對比分析，其誤差僅為3％，數值計算的結果具有極高的可靠性。並對新型船模螺旋槳盤面的尾流場進行分析，得出新型船模的阻力降低約10％。採用滑移網格的計算方法，得到拖式POD推進器的推力高於推式POD推進器，約為21.1％。採用SST k-ω湍流模型，得到敞水時POD推進器的推力和轉矩提高了9-10％，推進效率提高1％。