面元法预报螺旋桨表面非定常压力分布

本文建立了扰动速度势面元法预报螺旋桨表面非定常压力分布的理论和数值方法。该方法把桨叶和桨毂表面离散为若干四边形双曲面元,每个面元上布置等强度源汇和偶极子分布,螺旋桨尾涡面也离散为布置等强度偶极子的四边形双曲面元。所有的时域参数通过傅里叶级数展开转化为频域参数,使得在时间域内的求解转化为每一谐调阶上的求解。桨叶随边处通过迭代和采用广义逆矩阵方法在每一谐调阶上实现非线性等压库塔条件。桨叶表面非定常压力     

螺旋桨非定常轴承力计算

采用扰动速度势面元法计算螺旋桨非定常轴承力,桨叶、桨毂和尾涡面由双曲四边形面元进行离散,对时域内非定常问题的求解采用时间步进迭代方法,建立了满足桨叶随边非定常等压库塔条件的非线性迭代结构,使迭代求解更加有效、快速和稳定。     

可调螺距螺旋桨水动力性能分析

利用面元法分析可调距螺旋桨的水动力性能.计算过程中,采用较为简捷的关于扰动速度势的基本积分微分方程,并采用双曲面形状的面元以消除面元间的的间隙,Newton-laphson迭代过程被用来在桨叶随边满足压力Kutta条件,使桨叶上下表面的的压力在随边有良好的一致性,同时用模拟物体真实行状的面元法来解决调距桨在螺距变化时的叶剖面畸变的问题.用Morino导出的解析计算公式来计算面元的影响系数,加快了数值计算的速度.以无厚度线性尾涡模拟桨叶泄出涡.调距螺旋桨最佳转轴位置由理论方法求出,使得桨叶的转叶矩为零.计算过程中计入了桨毂的影响,并分析了桨毂对桨叶表面压力分布的影响.最后给出了调矩螺旋桨水动力性能随随螺距的变化规律,并和试验结果作了比较分析.     

螺旋桨水动力性能的数值预报方法

基于速度势的低阶面元法预报螺旋桨的水动力性能。选用四边形双曲面元对桨叶进行离散以消除面元间的缝隙,基本积分方程由格林公式导出。在面元上布置等强度源汇和偶极子。采用线性尾涡并在每个尾涡面元上布置等强度的偶极子。利用Newton-Raphson迭代过程满足桨叶随边非线性等压kutta条件,使桨叶上下表面的压力在随边处一致。利用Morino计算影响函数的解析公式,采用Yanagizawa方法求得物体表面上的速度分布,并对普通桨和大侧斜桨进行了数值预报。     

螺旋桨非定常性能的面元法预报

采用扰动速度势面元法预报螺旋桨非定常性能,桨叶、桨毂和尾涡面由双曲四边形面元进行离散,对时域内非定常问题的求解采用时间步进迭代方法,建立了桨叶随边非定常等压库塔条件的非线性迭代结构,使迭代求解更加有效、快速和稳定.预报结果与测试结果或其它数值结果比较是令人满意的.     

螺旋桨非定常性能预估的面元法

本文建立了一个预估螺旋桨非定常性能的基于速度势的非定常面元法,该方法中采用了双曲面元,避免了面元之间的缝隙,并采用迭代方法实现非线性的等压库塔条件。文中以第22届国际水池会议(ITTC)推进技术委员会推荐的HSP桨与D4679桨和挪威船舶技术研究所(MARINTEK)提供的PF-W-B桨为算例进行了考核计算,与试验结果和其他研究工作者的计算结果比较表明,螺旋桨的非定常性能预报的结果是令人满意的。     

基于面元法的吊舱推进器定常性能研究

基于势流理论面元法建立了吊舱推进器定常性能的计算方法.分别建立螺旋桨和吊舱的积分方程,通过在表面上布置双曲面元将方程离散为以面元上偶极强度为未知量的矩阵.螺旋桨和吊舱之间的相互影响通过迭代计算来处理.Newton-Raphson迭代过程被用来在桨叶随边满足压力Kutta条件.为避免数值求导中的奇异性,用柳泽(Yanagizawa)方法求得物体表面的速度分布.支架作为升力体处理,并通过迭代计算更新支架的尾涡形状.计算了拖式吊舱推进器的定常水动力性能,与实验结果的比较表明,计算误差在5%以内.分析了舱体对螺旋桨的影响,舱体的伴流会引起螺旋桨的载荷增大.     

Prediction of Hydrodynamic Performance of Marine Propellers by Surface Panel Method

The potential based low order surface panel method is used to predict the hydrodynamic performance of marine propellers. In present method the hyperboloidal quadrilateral panels are employed to avoid the gap between the panels. The influencecoefficients of panels are calculated by Morino's analytical formulations for increasing numerically calculating speed.The pres-sure Kutta condition is satisfied on the trailing edge of propeller blade by Newton-Raphson iterative procedure.Therefore the     

Numerical Calculation of Marine Propeller Hydrodynamic Characteristics in Unsteady Flow by Boundary Element Method

In this paper, a low-order potential based on surface panel method is used for the analysis of marine propellers in unsteady flow.A linear propeller wake model is employed and its geometry is assumed to be independent of the time.The calculation in time domain is carried out from a moment when the rotation of the propeller becomes steady instead of from the moment when the rotation strats from stationary condition.At every time step a linear algebraic equation established on a key blade is solved numerically combined with the Kutta pressure conditon.The calculated results by developed code indicate good convergency and effrctiveness of present algotithm for conventional propellers and highly skewed propellers.     

Influence on the hydrodynamic performance of a variable vector propeller of different rules of pitch angle change

To design a more effective blade pitch adjustment mechanism,research was done on changes to the hydrodynamic characteristics of VVPs(Variable Vector Propeller) caused by different rules for changing pitch angle. A mathematical method for predicting the hydrodynamic characteristics of a VVP under unsteady conditions is presented based on the panel method. Mathematical models for evaluation based on potential flow theory and the Green theorem are also presented. The hydrodynamic characteristics are numerically predicted. To avoid gaps between panels,hyperboloidal quadrilateral panels were used. The pressure Kutta condition on the trailing edge of the VVP blade was satisfied by the Newton-Raphson iterative procedure. The influence coefficients of the panels were calculated by Morino's analytical formulations to improve numerical calculation speed,and the method developed by Yanagizawa was used to eliminate the point singularity on derivation calculus while determining the velocities on propeller surfaces. The calculation results show that it's best for the hydrodynamic characteristics of the VVP that pitch angle changes follow the sine rule.     

大侧斜螺旋桨桨叶应力分析

采用求解RANS方程的方法对某大侧斜螺旋桨敞水流场进行模拟,计算得到的推力系数与力矩系数与试验值有很好的一致性.在此基础上,将计算得到的桨叶水动力载荷、离心力载荷和重力载荷导入有限元模型,求解大侧斜螺旋桨桨叶应力场分布.根据应力场分布特点,可知:桨叶除叶根有应力集中区域外,0.5倍半径靠近随边处还存在应力集中区域;在0.5倍半径桨叶切面处,桨叶压力面应力从导边至随边递增,桨叶吸力面应力从导边至随边存在波动.     

基于Eppler剖面设计方法上的提高空泡起始航速的非定常螺旋桨设计方法

为了提高螺旋桨的空泡起始航速，本文提供了一个基于Eppler剖面设计方法上的非定常螺旋桨设计方法，二维剖面直接由Eppler剖面设计方法给出并直接输入到升力面设计程序中进行三维剖面设计。计算结果表明新剖面螺旋桨方案的空泡斗要比常规剖面的宽。在平均伴流条件下使用升力线、升力面设计程序给出一个初步螺旋桨方案。然后用定常/非定常面法检查设计结果是否满足推力要求并作修改设计，从中选择一个不符合空泡要求的剖面作为关键剖面。使用Eppler剖面设计方法来改善空泡斗，为了研究剖面弦向负荷对螺旋桨性能影响，本文设计两只螺旋桨，一只为带有Naca66迭加Naca a=0.8，另一只为新剖面的方案。模型试验结果证实了设计方法的有效性。     

用等压Kutta条件求解三维水翼和螺旋桨片空泡

由于空泡计算的复杂性,国内外以前计算螺旋桨空泡时大多采用的是Morino's Kutta条件,但严格来说,Morino's Kutta只适用二维问题,对三维水翼和螺旋桨空泡的计算会带来一定误差,而等压Kutta条件用Newton-Raphson迭代过程,确保在螺旋桨随边上下表面的压力相等,可以消除Mofino's Kuaa条件所带来的误差,提高空泡在梢部的预报精度.文中用等压Kutta条件预报了三维水翼和螺旋桨的片空泡,并将两种Kutta条件得到的计算结果同试验结果进行了比较.     

Experimental ivnestigation on flow fields of viscous fluid around two-dimensional wings and comparison with computational results

To examine the flow field of a viscous fluid around the trailing edge of a wing with respect to the Kutta condition or the Joukowski hypothesis, an experimental investigation into the velocity fields around two-dimensional (2D) wings NACA0012 and NACA4412 was carried out using an X-type hot-wire anemometer in a wind tunnel and the method of colored milk injection in a circulating water channel. The results of these investigations revealed that the flow of a viscous fluid at the trailing edge of a 2D wing is tangential to the face on the pressure side, and that the flow is very slow or reversed on the suction side due to separation when the angle of attack is greater than 7.5°. By flow visualization, a Kármán vortex street was found in the wake of both wings (NACA0012 and NACA4412) when the angle of attack was 5°. These results show that the ordinary Kutta condition with respect to the direction of outflow at the trailing edge is not necessarily satisfied in a viscous fluid, but the Kutta condition with respect to the pressure at the trailing edge is satisfied as usual. Numerical results, which have been obtained as the solution of Reynolds-averaged Navier-Stokes equations, show good agreement with above-mentioned experimental results. Therefore, CFD (Computational Fluid Dynamics) simulation has proved to be very effective for studying steady viscous flow around the trailing edge of a 2D wing.     

艇后大侧斜螺旋桨负载噪声数值分析

为研究艇后非均匀流场中大侧斜螺旋桨无空泡负载噪声的分布规律,文章采用“CFD+BEM”法,以SUBOFF潜艇后某大侧斜桨为研究对象,首先稳态计算均匀进流下螺旋桨敞水特性,模拟系数值与实验误差在3%以内,验证了CFD数值计算的可信性。然后采用大涡（LES）模拟,对“艇+桨”进行三维非定常数值模拟,计算得到桨表面声偶极子数据后,通过距离加权平均法映射到声网格节点上,将噪声源直接分布在桨叶表面上进行积分来预报螺旋桨的低频线谱噪声。采用边界元法基于扇声源理论通过FW-H声类比方程分别在1 kHz以内对桨盘面、轴向纵剖面及10倍桨半径球场的噪声进行频域求解。研究表明：桨盘面和轴向纵剖面上声指向均呈8字形,但受螺旋桨自身旋转及大侧斜的存在,指向性不唯一;球场声场显示,轴向声辐射面较大,声辐射强,径向辐射面小且辐射较弱;特征点的计算结果显示,高阶叶频声压级明显比一阶叶频低,这与物理现象相符,将特征点处结果与已发表文献进行对比,吻合性良好,并对存在的差异作出了合理的物理解释。该文为螺旋桨噪声预报介绍了一种可行的新方法。     

基于MRF方法和滑移网格的螺旋桨水动力性能研究

本文基于计算流体力学(CFD)方法,对多重参考系模型(MRF)及滑移网格模型(SM)在计算螺旋桨水动力性能时的差异进行了探讨。将以上两种模型应用到4381螺旋桨的水动力性能计算中,首先将计算得到的推力系数及转矩系数与试验数据进行了对比,考察了两种计算模型对螺旋桨的敞水性能的预测情况,并进一步对两种模型计算得到的螺旋桨盘面的速度场、桨叶的压力分布、桨后涡量云图等进行了对比分析。计算结果表明,滑移网格模型相较于多重参考系模型,对螺旋桨的推力系数的模拟结果误差更小,扭矩系数方面,两种模型的模拟结果相差不大；对于进速系数较大时,两种模型模拟得到的压力分布及速度分布较为相似,但对于高负荷情况,滑移网格模型可以更好地捕捉桨叶的压力分布及桨盘面处的速度分布情况；进速系数较小时,多重参考系模型可以模拟出涡结构的发散现象,而滑移网格模型可以更好的在高进速系数情况下捕捉到梢涡结构。     

非均匀流场中螺旋桨线谱噪声指向性分析

为了对非均匀流场中螺旋桨线谱噪声的指向性特征进行分析,在Ffowcs William-Hawkings方程的基础上,建立了非均匀流场中螺旋桨线谱噪声的频域预报理论,该理论可对声源在真实桨叶表面进行积分。讨论了螺旋桨叶数、来流谐波阶数以及叶片表面力对线谱噪声指向性的影响。结果表明,特征耦合系数是线谱噪声指向性分布形态的决定因素,并且当特征耦合系数等于零时,辐射噪声主要由轴向力和主要谐波所贡献;当特征耦合系数不为零时,轴向力和主要谐波的贡献只集中于桨轴方向,而桨盘面处的噪声贡献则来源于周向力和与叶片数目相等的谐波。     

螺旋桨设计参数对桨叶片空泡性能的影响分析

文章基于扰动速度势面元法建立了在均流条件下螺旋桨桨叶片空泡数值预报方法,空泡模型采用压力恢复闭合模型。通过对5600TEU集装箱船螺旋桨空泡的数值预报,以及与试验结果的比较,验证了该方法的可行性。该方法能够较为快速准确地预报螺旋桨桨叶片空泡,可用于分析参数对螺旋桨空泡性能的影响,为抑制螺旋桨空化设计提供基础。在此基础上重点分析了桨叶侧斜、纵倾以及桨叶剖面型式对螺旋桨空泡性能的影响,计算表明加大侧斜能够减少空泡面积,空泡向外半径偏移;桨叶剖面的设计对空泡性能影响较大,优化设计桨叶剖面可以有效减少空泡面积,提高螺旋桨抗空化能力;纵倾向压力面弯曲的分布形式可以改善梢部的压力分布,减少叶梢附近空泡长度,从而可望减少由空泡引起的脉动压力。     

一种计算水翼水动力的三维面元法

本文用Rankine奇点面元法计算了深、浅水中三维水翼的定常升力绕流。水翼的厚度和升力效应分别以水翼表面分布的Rankine源和法向偶极子来模拟，在自由表面上也分布Rankine源，通过满足相应的边界条件和尾缘处的Kutta条件求出这些奇点强度。以在自由表面下作小攻角定常运动的水翼为例进行了计算，计算结果与试验结果和其他计算结果作了比较。     

CSSRC的螺旋桨定常面元法

中国船舶科学研究中心(CSSRC)从八十年代至九十年代一直在发展螺旋桨、导管螺旋桨的定常、非定常面元法,现已在为工业服务中作为日常的计算工具,取得了非常满意的结果.本文将CSSRC过去的研究成果作一系统的归纳整理,供今后使用者参考.文中详细介绍了面元法的理论基础、网格划分、Kutta条件的实施等求解过程.同时还系统地进行了数值试验分析,使应用程序进一步规范化.对面元法对网格数的依赖性、收敛性进行了研究,提出了建议的网格数.通过对多个实例产品的计算,表明与试验结果相比误差可在3%以内,可较好地满足工程应用的目的.