(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111367670.3 (22)申请日 2021.11.18 (71)申请人 中国船舶重 工集团公司第七0四研 究所 地址 200031 上海市徐汇区衡山路10号 (72)发明人 李梓　孙国亮　苏朝君　吴国栋　 杜云龙　陈昆鹏　文勇　张俊武　 (74)专利代理 机构 上海申汇 专利代理有限公司 31001 代理人 翁若莹　王晶 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 111/10(2020.01)G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种船舶污底阻力下的电力推进机桨匹配 设计方法 (57)摘要 本发明涉及一种船舶污底阻力下的电力推 进机桨匹配设计方法， 包括： 1)制定有效的增阻 方案； 2)构建船舶污底数值模型及数值模拟， 采 用对目标船的全附体建模， 并进行 实尺度阻力数 值模拟， 建立船舶污底数值模型， 并进行库存桨 敞水数值模拟； 3)建立匹配储备方法， 通过船体 阻力因污底变化时机桨匹配点变化规律， 结合推 进电机具有低于额定转速恒扭矩、 超 过额定转速 恒功率的工作特性， 以船舶全寿命运营周期内机 桨匹配效果为目标， 提出有效的匹配储备方法， 使推进电机、 螺旋桨、 轴系在任务工况中均能高 效和长期稳定运行， 降低设备故障率， 保证船舶 的正常出航率。 本发明能缩短目标船型的设计周 期和减少设计成本， 提高目标船型的设计可靠 性。 权利要求书2页 说明书11页 附图4页 CN 114036646 A 2022.02.11 CN 114036646 A 1.一种船舶污底阻力下的电力推进机桨匹配设计方法， 其特 征在于， 包括： 1)制定有效的增阻方案 针对船舶污底阻力的评估难题， 通过现有技术文献和类似船舶的污底数据， 结合数值 仿真制定有效的增阻方案， 提高机桨匹配的准确性； 2)构建船舶污底数值模型及数值模拟 采用对目标船的全附体建模， 并进行实尺度阻力数值模拟， 建立船舶污底数值模型， 并 进行库存桨敞水 数值模拟， 设计 桨敞水数值模拟及两对桨的自航数值模拟； 3)建立匹配储备 方法 通过船体阻力因污底变化 时机桨匹配点变化规律， 结合推进电机具有低于额定转速恒 扭矩、 超过额定转速恒功率的工作特性， 以船舶 全寿命运营周期内机桨匹配效果为目标， 提 出有效的匹配储备方法， 使推进电机、 螺旋桨、 轴系在任务工况中均能高效和长期稳定运 行， 降低设备故障率， 保证船舶的正常出航 率。 2.根据权利要求1所述的船舶污底阻力下的电力 推进机桨匹配设计方法， 其特征在于： 所述数值仿真制定有效的增阻方案的具体方法包括： 1)污底等级定义； 2)找出污底等级与粗 糙度对应关系； 3)污底增阻数值的计算。 3.根据权利要求1所述的船舶污底阻力下的电力 推进机桨匹配设计方法， 其特征在于： 所述目标船采用数值模拟方法进行机桨匹配的分析研究， 满足设计分析需求精确度， 并通 过数值分析输入数据进行三维建模。 4.根据权利要求1所述的船舶污底阻力下的电力 推进机桨匹配设计方法， 其特征在于： 所述数值模拟采用数值模拟计算控制方程， 该方程为连续性方程和动量方程， 对控制方程 进行有限体积法离 散， 采用雷诺平均法作为湍流数值模拟方法。 5.根据权利要求1所述的船舶污底阻力下的电力 推进机桨匹配设计方法， 其特征在于： 所述设计桨敞水数值模拟采用数值水池虚拟试验， 数值水池虚拟试验分为敞水、 阻力、 自航 三部分， 试验结果处 理与实体的物理水池一 致， 包括： 1)螺旋桨模型设计 分别设计两种螺 旋桨， 用于比较考虑转速储备后的机桨匹配特性： (1)常规桨 常规桨即考虑新船工况下， 电机功率与转速都运行在设计点的螺旋桨， 根据船体阻力 数据， 此常规设计螺距比为1.32； (2)优化桨 优化桨即考虑新船工况下， 电机额定功率下转速高于额定转速5％以上， 优化桨设计螺 距为1.22， 比常规桨螺距比低； 2)敞水虚拟试验 采用立方体的计算域， 桨模3D模型位于计算域中部， 边界条件为： 来流面设为速度入 口， 出口面设为压力出口， 侧面为对称面， 底部和顶部为滑移 壁面， 另一侧亦 设为对称面。 水 流从x正方向流动到x负方向， 在桨模周围的圆柱型区域可以旋转， 旋转域与立方体的大计 算域进行数值交换； 分别对常规桨的螺 旋桨和优化桨的螺 旋桨进行 数值模拟；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114036646 A 23)自航虚拟试验 与阻力数值模拟类似， 模型尺度阻力计算域为立方体， 全船模型位于计算域中部， 边界 条件为： 来流面设为速度入口， 出口面设为压力出口， 侧 面为对称面， 底部和顶部为滑移壁 面， 另一侧面亦设为对称面。 水流从x正方向流动到x负方向， 与实尺度阻力数值模拟类似， 网格划分采用非结构化网格， 网格为切割体， 在自由液面附近加密， 船体周围网格密集， 远 离船体方向网格 较为稀疏。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114036646 A 3