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一、课题的来源、目的、意义，国内外研究现状分析 1. 课题的来源、目的、意义 近年来，由于特种推进器在提高船舶推进效率、减少舰船振动以及降低噪声、节省燃油消耗等方面发挥了巨大的优势，已越来越为国内外研究机构和学者所重视。不少新的推进形式相继出现，一系列相关的理论和试验研究也相继展开。 吊舱推进器(Podded Propulsor)是目前受到世界造船业广泛关注的一种新型推进装置。它在八十年代末期首先被应用于工程作业船，随后被应用于大型邮轮、客滚船、高速集装箱船等许多类型的船舶。吊舱式推进的优点很多，例如，它大大增加了船舶设计的灵活性、可以提高有效载荷及舱容利用率，提高推进效率、改善振动与噪声性能，降低推进系统安装与维护成本，提高可靠性等。 其中，CRP(Contra Rotor Propulsion)吊舱推进系统应用前景广阔。在该种推进形式中，传统轴推进桨与吊舱推进器螺旋桨相对反转运行，由于轴推进桨的能量损耗在吊舱得到回收，因而可提高推进效率10%到15%. 该种推进系统综合了吊舱式推进器和对转螺旋桨的优点，除了具有很高的螺旋桨推进效率、良好的操作性能和空泡性能、节能等特点外，还具备可靠性高、空间体积小、机械结构相对简单、机动性和灵活性好等优点，解决了单桨推进功率冗余不够、双桨推进造价昂贵的问题。 如今，船舶不断朝着大型化、高速化发展，航速为30~35kn甚至更高的超大型集装箱船所需的推进功率已达到当今世界上最好的低速柴油机或涡轮机的功率极限。因此采用混合式吊舱推进来降低单机功率需求，对单桨及双桨船来说都是一种好的解决方案。混合式吊舱推进也可用于吃水和螺旋桨直径受到限制、螺旋桨载荷偏高的船型，通过将推进载荷分配给两个螺旋桨，船舶的推进效率可以得到有效提高。

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2. 国内外研究现状分析 吊舱推进系统是近二十年来才逐渐发展起来的一种新型的船舶电力推进系统，不过国内外很多学者已陆续开展了各种研究，取得了许多成果。 Achkinadze et al[1]以改进的基于速度的面元法为基础，建立了吊舱推进器的水动力性能计算方法，并对拖式与推式吊舱推进器的水动力进行了数值计算。与试验数据的比较表明，该方法可以较好地预报拖式及推式吊舱推进器的定常水动力性能，对于小舵角时操纵水动力的预报也具有一定的精度。 Szantyr[2]采用基于速度势的面元法，建立了吊舱推进器的水动力性能计算模型。然后，应用该模型对双桨式吊舱推进器的水动力性能进行了数值计算，并与试验结果进行了比较，表明该方法对双桨式吊舱推进器水动力性能的计算有一定精度。 Chicherin et al[3]应用RANS求解器对吊舱和支架阻力预报的尺度效应进行了研究。他们对两种类型的拖式吊舱推进器(吊舱分别为流线型和钝头型)，分别进行模型尺度和实船尺度的粘性流场计算，得到了不同进速系数下吊舱和支架的阻力系数，讨论了吊舱和支架阻力系数与雷诺数和进速系数间的关系。 Ohashi和Hino[4]应用N-S求解器SURF和非结构网络技术预报了对转式吊舱推进船舶的水动力性能。首先，他们对单螺旋桨及对转桨的敞水性能进行了计算；然后，将吊舱和支架作为船体的尾附体，对船体绕流和阻力进行了计算；最后，对带对转式吊舱推进器船舶的自航工况进行了数值计算，并对计算结果进行了讨论。 Streckwall et al[5]对采用吊舱推进器的新型渡轮进行了一系列完整的“数值拖曳水池”试验。该船型的推进系统由两部Siemens-Schottel SSP吊舱式推进器组成，共4个螺旋桨。数值计算主要基于RANS求解器。首先，他们应用RANS求解器对SSP的敞水性能进行了数值计算，计算结果与试验数据的比较表明，敞水性能计算具有很好的精度；然后，在考虑波浪影响的条件下计算了裸船体绕流和阻力；最后采用三种不同的方法计算了带吊舱推进器的船

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体的绕流和阻力。 在国内，海军装备研究院与上海交通大学海洋工程国家重点实验室合作，较早开展了吊舱推进器水动力性能的理论计算及试验研究。马骋等[6,7,8]基于已有的螺旋桨升力面法和无升力体面元法，建立了吊舱推进器定常水动力性能的势流理论计算方法。在此基础上，对拖式、推式及双桨式吊舱推进器分别进行了计算和试验比较，并分析了吊舱在桨盘面处的诱导速度分布和螺旋桨载荷分布等的计算结果。与试验结果的比较表明，该方法可以较好地预报拖式及推式吊舱推进器的定常水动力性能。 盛立和熊鹰[9]建立了混合式CRP吊舱推进器数值模型并置于数值空泡水洞内, 结合RANS方程和SST k-ω湍流模型, 运用滑移网格方法对混合式CRP吊舱推进器在均匀流场中的水动力性能进行了数值模拟, 得到了敞水性能预报结果，并分析了混合式CRP推进器的非定常力；同时, 利用空泡水洞、吊舱动力仪及长轴动力仪对混合式CRP吊舱推进器敞水性能进行了试验研究。 李巍等[10]采用CFD 方法对吊舱推进器粘流水动力问题进行了数值研究。基于混合面方法，在均匀来流情况下，数值预报吊舱推进器定常水动力特性，获得其推力系数、转矩系数等水动力性能参数。以单桨拖式吊舱推进器为例，与试验结果对比，获得了很好的预报精度。 胡健等[11]为了分析船体形状对吊舱推进器的影响，研究了船后伴流中吊舱推进器的水动力性能。船后伴流用计算流体力学方法进行分析，吊舱推进器的水动力性能用面元法研究，吊舱和螺旋桨的相互影响用迭代方法求解，用蒙瑞诺解析公式计算螺旋桨和吊舱之间的诱导速度，结合船尾伴流的计算结果分析船尾伴流中吊舱推进器的水动力性能，并对船后不同位置吊舱推进器的水动力性能进行了比较。

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参考文献 [1] Achkinadze A S, Krasilnikov V I. A new velocity based BEM for analysis of non-cavitating and cavitating propellers and foils[J]. Oceanic Engineering International, 2003. 7(1): 33-47. [2] Szantyr J A. A surface panel method for hydrodynamic analysis of pod pro- pulsors[R]. Gdansk, Poland: Gdansk University of Technology, 2001. [3] Chicherin I A, Lobachev M P, Pustoshny A V, et al. On a propulsion prediction procedure for ships with podded propulsors using RANS-code analysis[A]. In: Atlar M, Clarke D, Glover E J, et al. eds. Proceedings of the first International Conference on Technological Advances in Podded Propulsion[C]. University of Newcastle, UK. 2004. Newcastle, UK. University of Newcastle, 2004. 223-233. [4] Ohashi K, Hino T. Numerical simulations of flows around a ship with podded propulsor [A]. In: Atlar M, Clarke D, Glover E J, et al. eds. Proceedings of the first International Conference on Technological Advances in Podded Propulsion [C]. University of Newcastle, UK. 2004. Newcastle, UK. University of New- castle, 2004: 211-221. [5] Streckwall H, Gatchell S, Tigges K. A complete numerical model for podded propulsion[A]. Proceedings of the 9th Symposium on Practical Design of Ships and Other Floating Structures[C]. Luebeck-Travemuende, Germany. 2004. Luebeck-Travemuende. Schiff-bautechnische Gesellschaft e. V. , 2004. 154: 1-6. [6] 马骋，杨晨俊，钱正芳，等. 吊舱推进器推进性能预报理论研究[ J]. 华中 科技大学学报，2004，32(3) : 29- 31. [7] 杨晨俊，钱正芳，马骋. 吊舱对螺旋桨水动力性能的影响[J] . 上海交通大 学学报，2003，37 (8) : 1229-1233. [8] 马骋. 吊舱推进技术[M]. 上海交通大学出版社，2007.