netcms攀登计划-一种新型船舵研究-广东海洋大学团委
攀登计划|一种新型船舵研究-广东海洋大学团委
研究内容
船舵是用来操作和控制船舶航向的，一般位于船舶尾部。其工作原理依据伯努利方程，当舵转动时，由于舵叶两侧流线长度不同，使得两侧速度不同，进而使得两边出现压力差而产生升力。舵升力相对于船舯会产生转舵力矩，使得船舶转向。但当舵的转角超过临界攻角时会因为舵叶背上水流产生大面积分离而产生失速现象，升力系数随着转角增大而减少。因此，如何在舵提供足够升力保证船舶良好操纵性的前提下减少航行阻力，推迟失速现象，增加临界攻角是我们本次研究的目的。
本新型舵结合了制流板舵和麦鲁舵的结构特点姜雨晨，在普通舵的舵叶上下两端加装制流板，减少新型舵的舵叶上下两端的绕流损失，使其临界攻角增大，推迟失速现象；在舵叶的前后缘交叉分焊一列不封口的平行通流管，改善流场，提高新型舵的推进效率。
我们通过前期的调研与对比，利用SolidWorks建立了一个展弦比为1的新型舵模型和普通舵模型，利用CFD软件FLUENT流体计算软件对新型舵模型和普通舵模型进行不同舵角，不同迎流速度等情况下船舵的数值仿真实验，对其数值模拟所得的数据结果进行对比分析，得出舵角，迎流速度、等对船舵的水动力特性的影响及新型舵的优越性的水动力性能。
大概流程
1、通过前期的调研与对比，设计新型的舵的模型数据，并通过分析数据进行模型优化。
2、通过二维层面上舵的流场的研究分析，验证流体力学中的伯努利方程的在计算船舵流场的适用性与准确性，主要是为后续的数值模拟研究选择合适的计算方法以及计算公式。
3、我们开始对三维NACA0012舵进行不同舵角，不同迎流速度等情况下船舵的数值仿真实验，主要是确定舵角，迎流速度、等对船舵的水动力特性的影响。
4、在初步研究后，我们对普通船舵及新型舵进行数值模拟分析，整理实验数据并进行数据对比分析洪欣格。
进展情况
利用CFD软件FLUENT对上述计算模型进行求解，我们通过二维舵的流场验证流体力学中的伯努利方程。速度分布及流线分布分别如图1、图2所示：
以0°、9°、18°、27°工况外流场中的一条流线为例，流线的计算结果如表1所示。
通过CFD软件FLUENT对不同攻角舵的运行状态进行数值模拟，并对舵外流场的流线进行分析，完成了流体力学中伯努利方程的验证。由表2~表5可以看出，在不同角度工况下的同一条流线上的压能与动能之和基本能稳定在一个常数，且标准差低于0.005；综合表1的结果京通招聘网，可以证明在如此低标准差的情况下，伯努利积分方程是成立的。可以选择与FLENT流体计算软件计算船舵的水动力性能。
接下来我们开始验证速度、舵角对船舵升力系数与阻力速度的影响
使用CAD、SOILDWORKS、GAMBIT、FLUENT等软件对剖面NACA0012、展弦比为1的普通舵进行数值模拟分析。
在数值模拟中御女高手，设计舵的弦长为1，使用SOILDWORKS建立船舵模型，则将流域设为5*5*10的圆柱，然后利用gambit先进行舵面网格划分，然后对整个流域进行加密体网格划分，并且按照0°、7°、14°、21°、28°舵角进行网格划分。如图4、图5所示，网格数量大约90万。
在网格划分完毕后，导入FLUENT中进行流体动力分析，在本次数值模拟中分别进行在20Kn、22.5Kn、25Kn、27.5Kn、30Kn五种速度情况模拟秦怡简历。如图6为20Kn时各舵角压力云图。
在图上，舵面压力随着角度的增加，变化明显。但我们能看出在28°时，舵面压力降低，这是由于舵叶背上水流产生大面积分离而产生失速现象。所以我们可以推断在21°-28°时该舵已经发生失速现象，而数值模拟的得出的数据也证明这一点。图7为升力系数随舵角变化曲线图。
在一开始时，我们团队认为迎流速度也会对舵的升力系数产生影响。图8为14°时不同速度压力下水面压力云图。
如上图所示，同舵角,不同速度丹尼斯凯恩,其舵面压力变化小。根据图9各速度的升力系数随速度变化曲线图我们可以发现在一定舵角的情况下，升力系数与速度无关帕尔维娜。
接下来我们进行对新型舵与普通舵的数值模拟对比研究分析，
图14到图17为新型舵0°，10°，20°，30°舵角的叶面压力等值分布图
数值模拟计算结果如下表：
把通过以上计算得出的数据绘制成两种舵在不同舵角阻力系数和升力系数下的曲线图，如图18、图19所示吴俐璇。
（1）将FLUENT数值模拟的普通舵的结果数据与通过参考文献[8]计算所得出的NACA 0012水动力特性实验数据进行对比分析可以发现,数值模拟在0°-20°期间的数据误差小，在20°-35°中误差相对增大，但总体误差在10%以下，可以说明在使用这种方法进行模拟船舵的水动力性能是可信的。
（2）从表1可以看出新型舵的阻力系数在各舵角都大于普通舵，升力系数也大于普通舵，在图5可以看出在舵角在0°-20°时两舵的数据差值较小，舵角在20°-30°时两舵数据差值相对变大。从普通舵的叶面压力分布图可以看出在此时舵上水流在弦向叶背上的某点开始分离，而新型舵由于制流板阻碍水流分离，使得升力系数与阻力系数相对普通舵的差值变大。
（3）将FULENT数值模拟的计算结果进行分析，可以看出新型舵与普通舵阻力系数随着舵角的增大而增大。两者的升力系数都在0°-20°时与舵角呈线性关系增大，但在20°附近升力系数与舵角不再保持线性关系并迅速下降，可以说明两舵的失速角在20°左右，从图5可以看出新型舵的失速角大于普通舵查文斌，而且升力下降幅度小于普通舵。
研究成果
1.目前申请国家实用性专利5项，授权4项，受理1项
（1）一种新型船舵 CN201620144684.7；
（2）一种船舵传动装置 CN201620230876.x；
（3）一种翼型麦鲁舵 CN201620144681.3；
（4）一种多变式鱼尾舵 CN201620161968.7；
（5）一种带仿生鳍鱼尾舵 201620226733.1。
2.共撰写论文两篇
（1）《一种以不同攻角的舵验证伯努利方程的方法》已投《西部交通科技》；
（2）《基于FLUENT的新型船舵的水动力性能计算》已投《中国水运》（已录用、拟在2016.11上刊登）
心得体会
在黄技老师的带领下，我们在这次攀登计划中不仅收获了知识黄宁倩，丰富了学习生活，而且凝聚了团队的力量，增强了我们发现问题和解决问题的能力，激发了我们对科技发明，对科学的热爱。
1、知识层面：
通过攀登计划，我们在准备项目的时候，在实际发现问题和解决问题的过程中不断地补充了我们的知识体系，接触到的课外知识和累计到的经验是课本里所无法表达的。在我们数值模拟，对普通舵进行水动力性能分析时发现，舵的阻力系数与升力系数的模拟结果与书本上所示的理论值是存在一定的偏差的，而不同类型的舵存在的偏差程度也不尽相同。
2、创新发明能力：
攀登计划不仅促使我们学会如何去发现问题女教师性史，还提供机会让我们大胆地创新设想，netcms提高我们思考和解决问题方面的能力。在我们大量查阅资料后发现，潘长甬普通舵在到达一定的攻角时，存在失速现象，并且制流板舵和麦鲁舵性能上优缺点可以相互补充，可以推迟舵的失速现象。于是我们大胆设想，将两种舵的特点结合起来，作为我们的创新点神捕铁中英，然后利用水动力计算软件对其进行数值模拟，分析对比再得出结论。在这一过程中，我们通过不断地思考，不断提高我们的创新能力。
队长：叶剑钊
实习编辑|曲阿
审核|团团
研究内容
船舵是用来操作和控制船舶航向的，一般位于船舶尾部。其工作原理依据伯努利方程，当舵转动时，由于舵叶两侧流线长度不同，使得两侧速度不同，进而使得两边出现压力差而产生升力。舵升力相对于船舯会产生转舵力矩，使得船舶转向。但当舵的转角超过临界攻角时会因为舵叶背上水流产生大面积分离而产生失速现象，升力系数随着转角增大而减少。因此，如何在舵提供足够升力保证船舶良好操纵性的前提下减少航行阻力，推迟失速现象，增加临界攻角是我们本次研究的目的。
本新型舵结合了制流板舵和麦鲁舵的结构特点姜雨晨，在普通舵的舵叶上下两端加装制流板，减少新型舵的舵叶上下两端的绕流损失，使其临界攻角增大，推迟失速现象；在舵叶的前后缘交叉分焊一列不封口的平行通流管，改善流场，提高新型舵的推进效率。
我们通过前期的调研与对比，利用SolidWorks建立了一个展弦比为1的新型舵模型和普通舵模型，利用CFD软件FLUENT流体计算软件对新型舵模型和普通舵模型进行不同舵角，不同迎流速度等情况下船舵的数值仿真实验，对其数值模拟所得的数据结果进行对比分析，得出舵角，迎流速度、等对船舵的水动力特性的影响及新型舵的优越性的水动力性能。
大概流程
1、通过前期的调研与对比，设计新型的舵的模型数据，并通过分析数据进行模型优化。
2、通过二维层面上舵的流场的研究分析，验证流体力学中的伯努利方程的在计算船舵流场的适用性与准确性，主要是为后续的数值模拟研究选择合适的计算方法以及计算公式。
3、我们开始对三维NACA0012舵进行不同舵角，不同迎流速度等情况下船舵的数值仿真实验，主要是确定舵角，迎流速度、等对船舵的水动力特性的影响。
4、在初步研究后，我们对普通船舵及新型舵进行数值模拟分析，整理实验数据并进行数据对比分析洪欣格。
进展情况
利用CFD软件FLUENT对上述计算模型进行求解，我们通过二维舵的流场验证流体力学中的伯努利方程。速度分布及流线分布分别如图1、图2所示：
以0°、9°、18°、27°工况外流场中的一条流线为例，流线的计算结果如表1所示。
通过CFD软件FLUENT对不同攻角舵的运行状态进行数值模拟，并对舵外流场的流线进行分析，完成了流体力学中伯努利方程的验证。由表2~表5可以看出，在不同角度工况下的同一条流线上的压能与动能之和基本能稳定在一个常数，且标准差低于0.005；综合表1的结果京通招聘网，可以证明在如此低标准差的情况下，伯努利积分方程是成立的。可以选择与FLENT流体计算软件计算船舵的水动力性能。
接下来我们开始验证速度、舵角对船舵升力系数与阻力速度的影响
使用CAD、SOILDWORKS、GAMBIT、FLUENT等软件对剖面NACA0012、展弦比为1的普通舵进行数值模拟分析。
在数值模拟中御女高手，设计舵的弦长为1，使用SOILDWORKS建立船舵模型，则将流域设为5*5*10的圆柱，然后利用gambit先进行舵面网格划分，然后对整个流域进行加密体网格划分，并且按照0°、7°、14°、21°、28°舵角进行网格划分。如图4、图5所示，网格数量大约90万。
在网格划分完毕后，导入FLUENT中进行流体动力分析，在本次数值模拟中分别进行在20Kn、22.5Kn、25Kn、27.5Kn、30Kn五种速度情况模拟秦怡简历。如图6为20Kn时各舵角压力云图。
在图上，舵面压力随着角度的增加，变化明显。但我们能看出在28°时，舵面压力降低，这是由于舵叶背上水流产生大面积分离而产生失速现象。所以我们可以推断在21°-28°时该舵已经发生失速现象，而数值模拟的得出的数据也证明这一点。图7为升力系数随舵角变化曲线图。
在一开始时，我们团队认为迎流速度也会对舵的升力系数产生影响。图8为14°时不同速度压力下水面压力云图。
如上图所示，同舵角,不同速度丹尼斯凯恩,其舵面压力变化小。根据图9各速度的升力系数随速度变化曲线图我们可以发现在一定舵角的情况下，升力系数与速度无关帕尔维娜。
接下来我们进行对新型舵与普通舵的数值模拟对比研究分析，
图14到图17为新型舵0°，10°，20°，30°舵角的叶面压力等值分布图
数值模拟计算结果如下表：
把通过以上计算得出的数据绘制成两种舵在不同舵角阻力系数和升力系数下的曲线图，如图18、图19所示吴俐璇。
（1）将FLUENT数值模拟的普通舵的结果数据与通过参考文献[8]计算所得出的NACA 0012水动力特性实验数据进行对比分析可以发现,数值模拟在0°-20°期间的数据误差小，在20°-35°中误差相对增大，但总体误差在10%以下，可以说明在使用这种方法进行模拟船舵的水动力性能是可信的。
（2）从表1可以看出新型舵的阻力系数在各舵角都大于普通舵，升力系数也大于普通舵，在图5可以看出在舵角在0°-20°时两舵的数据差值较小，舵角在20°-30°时两舵数据差值相对变大。从普通舵的叶面压力分布图可以看出在此时舵上水流在弦向叶背上的某点开始分离，而新型舵由于制流板阻碍水流分离，使得升力系数与阻力系数相对普通舵的差值变大。
（3）将FULENT数值模拟的计算结果进行分析，可以看出新型舵与普通舵阻力系数随着舵角的增大而增大。两者的升力系数都在0°-20°时与舵角呈线性关系增大，但在20°附近升力系数与舵角不再保持线性关系并迅速下降，可以说明两舵的失速角在20°左右，从图5可以看出新型舵的失速角大于普通舵查文斌，而且升力下降幅度小于普通舵。
研究成果
1.目前申请国家实用性专利5项，授权4项，受理1项
（1）一种新型船舵 CN201620144684.7；
（2）一种船舵传动装置 CN201620230876.x；
（3）一种翼型麦鲁舵 CN201620144681.3；
（4）一种多变式鱼尾舵 CN201620161968.7；
（5）一种带仿生鳍鱼尾舵 201620226733.1。
2.共撰写论文两篇
（1）《一种以不同攻角的舵验证伯努利方程的方法》已投《西部交通科技》；
（2）《基于FLUENT的新型船舵的水动力性能计算》已投《中国水运》（已录用、拟在2016.11上刊登）
心得体会
在黄技老师的带领下，我们在这次攀登计划中不仅收获了知识黄宁倩，丰富了学习生活，而且凝聚了团队的力量，增强了我们发现问题和解决问题的能力，激发了我们对科技发明，对科学的热爱。
1、知识层面：
通过攀登计划，我们在准备项目的时候，在实际发现问题和解决问题的过程中不断地补充了我们的知识体系，接触到的课外知识和累计到的经验是课本里所无法表达的。在我们数值模拟，对普通舵进行水动力性能分析时发现，舵的阻力系数与升力系数的模拟结果与书本上所示的理论值是存在一定的偏差的，而不同类型的舵存在的偏差程度也不尽相同。
2、创新发明能力：
攀登计划不仅促使我们学会如何去发现问题女教师性史，还提供机会让我们大胆地创新设想，netcms提高我们思考和解决问题方面的能力。在我们大量查阅资料后发现，潘长甬普通舵在到达一定的攻角时，存在失速现象，并且制流板舵和麦鲁舵性能上优缺点可以相互补充，可以推迟舵的失速现象。于是我们大胆设想，将两种舵的特点结合起来，作为我们的创新点神捕铁中英，然后利用水动力计算软件对其进行数值模拟，分析对比再得出结论。在这一过程中，我们通过不断地思考，不断提高我们的创新能力。
队长：叶剑钊
实习编辑|曲阿
审核|团团