前缘抽吸对水翼水动力及空泡性能的影响（英文）

为了研究船用水翼前缘抽吸设置对其水动力性能及空泡性能的影响,应用数值模拟的方法进行了系统的计算分析。首先,以NACA0012为研究对象,采用两种湍流模型对翼型绕流进行模拟,通过与实验值对比,确定了合理的湍流模型。随后,计算分析了船用水翼添加前缘抽吸作用后,升力系数、阻力系数和升阻比的变化情况,及对失速角的影响,结果表明船用水翼在前缘布置吸口后可以提高失速角,扩大稳定工作攻角范围,提升翼型升阻比,起到增效的作用。最后,计算了NACA0012翼型及在其前缘加吸口水翼的定常与非定常空泡流动的数值模拟,计算结果表明:定常流动时,在翼型前缘加上吸口,可使空泡尺寸减小,改善了水翼的空泡性能;非定常流动时,加上吸口,可使空泡周期变长,空泡变化范围减小,抑制大规模空泡云的脱落,减少对水翼表面的剥蚀作用,降低空泡对水翼性能的影响。     

近自由表面浅水中水翼超空泡绕流的计算

本文在文献的基础上,对具有自由表面和浅底的水翼超空泡绕流,建立了在映像平面ξ-ψ上考虑重力效应的完整的变分原理。应用这个原理用有限元法能求得稳定收敛的数值结果,为二元水翼具有空泡、充气或遗迹流的水动力学计算开辟了另一新的数值求解的途径。     

应用二元机翼理论的超空泡螺旋浆的一种计算方法

本文对局部空泡和超空泡机翼应用二元机翼理论开发了一种计算超空泡螺旋桨性能的方法。首先，应用准连续涡格法得到在无空泡状态下运转的螺旋桨桨叶的等效二元机翼剖面。然后，对等效二元机翼剖面应用二元空泡机翼理论和叶元体理论的概念计算超空泡螺旋浆的性能。通过计算结果和实验结果之间的比较，确认了该方法的实用性。     

局部空泡水翼性能研究

空泡对水翼的水动力特性具有重要的影响,使用数值模拟方法研究空泡特性及其机理有着广泛的工程应用价值。对二维NACA翼型的模拟结果表明,基于势流理论的边界元积分方法适用于局部空泡水翼的性能研究,翼型几何参数变化对空泡长度和升力性能均有显著影响,在水翼设计与使用过程中必须对空泡发生与变化给予充分关注。     

空泡螺旋桨升力面理论设计方法

本文提供了一个局部空泡和超空泡同时存在的空泡螺旋桨或超空泡螺旋桨的升力面理论设计方法。在设计的第一阶段，基于由二元超空泡翼型的线性涡分布面元法获得的一元超空泡翼型性能，应用娄勃氏诱导因子方法升力线理论初步确定空泡螺旋浆的几何形状，如：桨叶轮廓、剖面形状、径向负荷分布和螺距分布等。然后，用局部空泡和超空泡螺旋桨的升力面性能预报方法计算设计桨的几何形状和性能，并对设计桨进行 ，最后得到考虑了三因次影响后满足设计要求的空泡螺旋桨。     

超空泡和局部空泡水翼的线性化理论

在本文中把吴耀祖(T.Y.Wu)在1962年提出的尾流模型加以线性化,并用来处理任意拱弧形状的二元超空泡初局部空泡水翼。这个模型在线性化理论中亦可称为开式模型,空泡末端是作为不封闭的。而在空泡的下游有一尾流区伸展到无穷远后。自由流线靠近水翼的一部分上,压力假定为常数,等于鲍和蒸汽压力。在前述部分下游自由流线上,压力逐渐增加,到无穷远后恢复到来流压力。由于空泡末端后存在着尾流区,这样则末端上避免了驻点(即奇点)。应用这个模型可使解从超空泡流连续过渡到无空泡流。本文所得的结果可以作为一级近似来估计过渡状态的水动力,因为封闭式模型的结果在空泡长度趋向弦长时是失效的。此外,本文的解中只出现二个待定常数,因此计算可以简化。     

基于结构化网格技术的螺旋桨定常空泡性能数值分析

为了研究定常状态下螺旋桨的敞水性能和空泡性能,采用基于粘流理论的CFD方法开展了系统地计算分析。采用结构化网格方案,将计算区域划分为两个计算区域,内域包含螺旋桨,并将桨叶表面以及桨毂表面的网格进行加密。通过将螺旋桨推力、转矩系数及效率等水动力特性参数的计算值与试验数据进行对比分析,验证了本数值方法的可靠性。利用多相流混合模型计算了螺旋桨的定常空泡性能,并简要分析了不同空泡数下的螺旋桨空泡性能,为以后预报螺旋桨空泡性能提供一种可行方案。     

超空泡圆弧型水翼的流体动力性能计算方法

本文对有拱度而无厚度的圆弧型水翼按J.A.葛尔斯脱(Geurst)线性理论导出其升力、阻力和力矩系数公式,以便看出超空泡水翼的拱度效应。与空气动力学中所用的方法相似,首先用围道积分求出葛尔斯脱解中的柯西型积分,这样圆弧水翼的速度场可以确定。然后把复速度w(z)展成罗郎级数,设法求出级数中前三项系数,要求的流体动力系数即可得出。本文的结果可用分析和估算超空泡螺旋桨叶切面和高速水翼艇水翼的流体动力性能。最后数值计算的结果表明,当攻角和空泡数充分小时,本文结果可作为一级近似。     

基于主动射流方法的椭圆水翼梢涡空化抑制研究北大核心CSCD

[目的]梢涡空化会产生压力波动和流动噪声,预测梢涡空化的初生和发展过程,了解其作用机理并加以抑制是船舶螺旋桨与旋转机械亟待解决的问题。[方法]以剖面为NACA 0012翼型的椭圆水翼为研究对象,基于IDDES湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型,分别在全湿流和空泡流两种工况下对水翼梢涡及其空化现象进行模拟,分析水翼梢涡及其空化之间的相互作用特性。进一步,通过主动射流方法控制水翼梢涡空化,并对比两种开孔射流方式,即垂向射流和侧向射流的作用效果。[结果]以梢涡体积作为空泡抑制的判断标准,与无射流工况对比,垂向射流工况对空泡的抑制效果可达到8.09%;而在侧向射流工况下,射流对空泡的抑制效果更加明显,达到了10.47%。结果证明两种主动射流方式均可以有效抑制梢涡空化。[结论]通过机理分析发现,垂向射流会影响水翼梢涡入射流的流速及流向,提高梢涡湍动能的耗散项,从而降低水翼的梢涡强度;而在侧向射流工况下,射流则直接作用于梢涡,所携带的能量极大地破坏了水翼的梢涡结构,从而大大降低了梢涡空化现象的产生。     

预报船后伴流场中空泡螺旋桨诱导之脉动压力的一个实用方法及其验证

在船舶设计阶段，早期预报其振支性能对舰船设计师是非常重要的。本文提出了一个预报船后伴流场扣空泡螺旋浆诱导之脉动压力的一个实用方法，即应用准定常升为线理论与二元空泡叶栅理论相结合来计算叶在船后各角位置上的空泡面积，然后再计算脉动压力，在升力线准定常计算中引入了升力面及粘性修正血子。空泡叶栅计算表明比线生化民水翼理论更接近值，它考虑了叶片之间的干扰作用。采用重叠船模的Ｈｅｓｓ－Ｓｍｉｔｈ方法计算出船尾     

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.     

Analysis of Cavitation Performance of 3-D Hydrofoil based on Panel Method

为了研究三维水翼定常空泡特性,利用低阶面元法结合非线性理论对三维机翼的空泡范围和形状进行了计算分析.根据运动学边界条件和动力学边界条件,采用压力恢复闭合的空泡模型结合面元法分别预报了矩形、椭球型和无限展长三维水翼的空泡性能.由计算结果可知:(1)对于三维矩形水翼在展向各水翼剖面空泡长度和厚度不同,空泡长度从展向中心向水翼两侧逐渐减小.空泡数越小,空泡区域就越大,且水翼面上的空泡体积的变化率愈大.(2)三维椭圆水翼在翼梢处计算出的压力分布有时并不满足空泡面的动力学边界条件,在尾缘处上下表面甚至出现较大压力差,存在压力“跳跃”.(3)无限展长三维水翼中心剖面处空泡厚度和长度分布与相应的二维水翼的空泡厚度分布基本一样.     

超空泡水翼剖面的线性化一般理论(英文)

本文所提出的线性化一般理论是应用奇点分布法来处理超空泡水翼剖面计算中的正(已知翼面形状)反(已知翼面负荷分布)问题。先从经典流体力学里的Green公式出发,结合问题的边界条件,导出了线性化的基本积分方程组。证明了空泡厚度的作用可以用势源分布来表达,而翼面负荷可以用压力偶极子分布来表达。为了求解这一积分方程组,应用了著名的Munk反演公式。求出了在正反问题中确定空泡长度,空泡阻力、升力和力短系数,下翼面坐标或翼面负荷分布,空泡边界坐标,空泡体积等的计算公式。对如何选择合理的空泡模型问题作了讨论。在分析比较了现有的空泡模型之后,作者提出了一种新的半闭式模型,其中的尾流厚度可以从理论上确定,而当空泡长度等于翼弦长时,这一模型退化为开式模型。本文所述的一般理论可以作为建立超空泡水翼剖面工程设计方法的理论基础。     

斜流中快艇螺旋桨面空泡剥蚀的判断方法

一、前言判断实艇螺旋桨是否产生空泡剥蚀,这对设计者是一个尚待解决的重要课题。在这方面许多学者已从事了研究,文献[1]介绍了应用升力面理论和升力线理论来预测螺旋桨空泡的进展情况,但尚未发展到能在设计中应用的阶段。即使采用螺旋桨模型空泡筒试验,由于模型试验存在尺度效应影响和伴流模拟的不相似,仍难预测实船螺旋桨的剥蚀[2]。在设计阶段预测螺旋桨的剥蚀情况对快艇至为重要,因为剥蚀损坏是快艇螺旋桨损坏的主要原因,而面空泡剥蚀是快艇螺旋桨设计中尤需注意的问题。本文介绍一种设计中应用简便的半经验预     

有厚度水翼局部空泡流的理论解(英文)

有导边空泡的水翼绕流并考虑到水翼厚度的影响,这一问题已由Tulin和徐君衢作了研究,他们提出用一个ω_1的函数来求解空泡引起的扰动,起到很好的作用。本文在这一基础上作了进一步的分析。但本文提出,应该考虑到由于绕水翼存在环量而引起势函数的不连续性,这影响到数学问题的处理和求解。本文还阐明函数ω_1在导边附近存在两个对数奇点。考虑到上述因素,重新提出理论解,并做了数值计算。与实验结果作了比较,一致性可以接受。     

近自由表面大展弦比超空泡水翼的研究

本文采用非线性超空泡水翼二维解,考虑了重力效应及水翼兴波速度势,应用升力线理论对近自由表面三维超空泡水翼进行了研究,并以平板水翼为例作了计算,所得的结果比Furuya1975年的工作有所推进。     

超空泡平板翼栅的自由流线理论解

本文用尾流模型解决了超空泡平板翼栅非线性势流问题。物理平面上的复势可当作复速度平面上的一个虚拟流动的复势来进行处理。该虚拟流动的边界条件可通过复速度在物理平面上的边界条件来建立,然后求解这一边值问题,得出了计算升力、阻力及自由流线形状的公式,并对几种极限情况进行了讨论。     

基于面元法的二维物体绕流分析

文中基于面元法,在物体表面边界分布源汇和偶极子,发展了一种数值求解二维水翼定常绕流问题的计算模型。该方法以物面速度势为未知量进行求解,进而得到水翼的压力分布和相关水动力性能参数。通过数值计算结果与试验数据和相关理论解析解的比较分析,证实了本方法的可行性和可靠性。     

DOE方法在螺旋桨几何参数优选中的应用

螺旋桨的几何外形是通过螺距、纵倾、侧斜、拱度、弦长、桨叶剖面等几何参数来表达的,这些几何参数影响着整个螺旋桨的水动力、噪声、空泡、振动等性能。定量地给出不同半径处各个几何参数对螺旋桨性能的影响,对螺旋桨的设计有重要的指导意义。论文采用试验设计(Design of Experiment,DOE)的拉丁超立方设计方法,结合螺旋桨定常水动力性能的面元理论预报程序,分别定量地研究了不同半径处的螺距以及盘面比与0.4、0.7、1.0半径处的纵倾、螺距、侧斜对敞水螺旋桨推力系数和敞水效率的影响;同时,结合螺旋桨非定常水动力性能的面元理论预报程序及傅里叶分析方法,定量研究了不同半径处侧斜以及0.5、0.8、1.0半径处的螺距、纵倾、侧斜对螺旋桨主桨叶在给定伴流场中非定常推力的影响。研究结果表明:DOE方法能够准确分析不同径向处的几何参数对定常和非定常螺旋桨性能的影响程度。     

定常和不定常运动水翼表面最小压力的预报(渐近匹配法)(英文)

本文根据渐近匹配展开法提出了在自由表面附近作定常和不定常运动的有限展弦比水翼的最小压力的理论求解方法。外场(不包括水翼导缘附近)问题的求解是在线性小摄动理论的假定条件下建立的,有关的积分方程以配置法数值求解;而在水翼导缘附近,因该处的摄动不是一小量,故建立了内场问题。然后将外场和内场流动的描述进行匹配,给出正确一致的解。最后还以示例计算了有限展弦比水翼在定常和不定常运动时的最小压力图。