船舶螺旋桨—艉部流场互作用噪声的研究

由螺旋桨引起的互作用噪声构成了船舶中高速航行时整个辐射噪声的重要部分。由螺旋桨叶片和船舶艉部非均匀流场相互作用引起了低频离散谱噪声。由螺旋桨叶片和艉部湍流场相互作用产生了螺旋桨低频宽带噪声。利用升力面理论和声学方法得到的离散谱噪声的预报公式,对螺旋桨不同直径、侧斜、纵倾对离散谱噪声的影响作了数值计算,并得到了工程上有实用意义的结果。在分析螺旋桨低频宽带噪声成因的基础上得到了理论分析方法,并作了数值计算。整个方法不仅对船舶螺旋桨噪声预报提供了十分重要的工具,而且对螺旋桨的噪声控制也有重要的实用价值。     

螺旋桨低频宽带噪声影响参数研究与流—声多目标优化设计

文章以谱方法为理论基础,以条带法为数值求解方法,针对Sears力响应函数引入厚度修正,建立了螺旋桨低频宽带噪声理论预报方法.通过对比10叶模型螺旋桨水筒试验数据,验证了厚度修正的效果,厚度修正后总声级误差由2 dB减少至1.1 dB.文中利用厚度修正后的预报方法,从三个层次六个方面对影响螺旋桨低频宽带噪声的参数进行研究,并实现了流-声多目标优化设计:(1)单个螺旋桨影响参数灵敏度分析:①外半径型值对总声级影响较大,而内半径几乎没有影响.②利用Sobol灵敏度分析法对两个不同叶数螺旋桨的流场参数和螺旋桨参数进行研究发现:不同桨叶下各参数影响因子几乎一致,来流速度对于螺旋桨低频宽带总声级有最大贡献,约为30％的正效应,其次是湍流度约为22％的正效应,而湍流积分长度仅占7％的负效应.(2)单个螺旋桨流—声多目标优化设计研究:以NSGA-Ⅱ为优化算法,结合非定常面元法和低频宽带噪声预报方法,实现流-声多目标优化设计.(3)多个螺旋桨相对关系稳健性分析:对不同螺旋桨低频宽带噪声相对关系稳健性进行研究,分析湍流积分长度和湍流度变化的影响.该文的研究成果为下一步将低频宽带噪声纳入螺旋桨设计考核指标奠定了理论基础.     

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。     

回转体后螺旋桨性能和推进因子的数值预报方法

本文采用带有κ-ε湍流模式的流线迭代法计算敞水螺旋桨和回转体后螺旋桨的性能，计算中采用涡轮机械中分析螺旋桨叶剖面出口流动方向和大小的方法，从速度和能量的角度来考虑螺旋桨对流体的作用，因此流体通过螺旋桨后能量的改变是预测螺旋桨性能的关犍。它要求计算螺旋桨叶剖面的出流角，出流角由可测量的理想出流角和实际流体引起的偏差角组合而成。一待出流角确定后即可得到流体经过螺旋桨后能量的改变，利用流线迭代法可算出螺旋桨与回转体组合体周围的流场，随之可确定螺旋桨的各性能参数。本方法对B470—12和B3—50系列螺旋柴的敞水性能进行了计算，还对一个数学回转体的自航试验进行了数值模拟，其结果同试验吻合良好。与巳有的回转体后螺旋桨性能的预测方法比较，本方法的优点在于不需在回转体尾部流场和螺旋桨性能之间进行迭代计算，从而大大地减少了计算量。     

翼型尾流场湍流特征的水筒PIV测试分析研究

翼型尾流场是一个典型的湍流场.文章在CSSRC空泡水筒中采用PIV技术对翼型尾流场进行了大子样试验测量,获得翼型尾流场的时均速度、雷诺应力、脉动速度均方根、湍流强度和平均涡量等统计特征量,并将试验结果与美国Notre Dame大学风洞试验结果作了比较,吻合较好.文中还利用PIV测量瞬时速度场计算了脉动速度空间相关系数和湍流积分尺度,分析了翼型尾流场湍流积分尺度与湍流强度的分布特征及湍流演化规律.     

轮缘推进器反厚度规律桨叶的翼型对比分析

为了开发适用于轮缘推进器的无轮轴螺旋桨，以Ka4-70+19A导管螺旋桨为基础，构造了叶梢厚，叶根薄的反厚度规律桨叶，相应的桨叶翼型也进行了重新设计。根据不同的原则设计了3套桨叶翼型，使用CFX对3种桨叶进行敞水性能分析。结果表明：反厚度规律桨叶叶梢压力分布不均匀，吸力面靠近导边与随边位置出现较大面积高压区和压力最大值，压力面出现较大面积的低压区和压力最小值。Type1翼型梢部压力从导边到随边变化较大，敞水性能相对于原型桨变差；Type2桨叶能保持翼型攻角基本不变，但梢部载荷降低，敞水性能降低最多；Type3桨叶压力沿切向分布更均匀，敞水性能为三者最佳。研究结果可为RDT的反厚度螺旋桨设计提供参考。     

湍流中螺旋桨激振力宽频谱及参数影响研究

针对螺旋桨在湍流中的非定常激振力问题,文章介绍并推导了相关性法,在相关性法的基础上,重新定义了湍流速度相关性公式,并考虑了螺旋桨抽吸作用导致的湍流涡拉伸变形的影响,引入了拉伸系数ax,ay和az,推导了新的螺旋桨激振力宽频公式。同时,使用了十桨叶螺旋桨模型,分别采用相关性法和改进后的相关性法对其进行了计算并与试验值进行对比,发现改进后的相关性法能较好地预报螺旋桨激振力宽频谱,特别是在叶频处能与试验值符合较好。最后,在此基础上,研究了螺旋桨转速n、湍流积分尺度Λ和螺旋桨桨叶数N等参数对螺旋桨激振力宽频谱的影响。     

风力机叶片翼型气动特性数值模拟

针对NACA63-215翼型绕流流动建立了二维可压缩湍流模型,利用商业软件NU-MECA进行了相应的数值模拟计算.湍流粘度分别采用基于RANS的Spalart-Allmaras和Baldwin-Lomax两种湍流模型来处理,得出了雷诺数为3×106时,翼型NACA63-215的升力系数和阻力系数随来流攻角的变化关系及压力分布图,并与试验数据进行对比.研究结果表明:Spalart-All-maras湍流模型比Baldwin-Lomax湍流模型在预测翼型失速后气动性能方面更加有效,Spalart-Allmaras湍流模型在大攻角下较易收敛且计算出的翼型气动性能与试验值更接近.     

螺旋桨离散谱噪声计算研究

在螺旋桨处于非空泡状态时，离散谱噪声是舰艇辐射噪声的主要成分之一。因而对螺旋桨离散谱噪声进行预报控制至关重要。螺旋桨离散谱噪声计算一般是在螺旋桨非定常力计算和声学计算相结合的基础上得到的。非定常力可以采用面元法或升力面方法计算得到。本文对两种方法进行了比较，结果面元法要优于升力面方法。随后的算例采用面元法计算出螺旋桨非定常力后作为FW—H方程的源项进行了螺旋桨离散谱噪声预报，并通过螺旋桨参数变化可得到离散谱噪声变化规律。     

船后螺旋桨空泡数值预报及试验对比

文章研究了湍流模型对螺旋桨空泡计算结果的影响,结果表明常用的湍流模型均可较好地预报螺旋桨空泡形态。采用RANS求解器,结合SST k-ω湍流模型和Sauer空化模型,数值模拟了船后螺旋桨空泡。用对称面边界条件处理自由表面,滑移网格技术处理螺旋桨旋转,时间步长为1°。螺旋桨空泡模拟结果与大型循环水槽试验结果进行了对比,虽然由于计算网格稀疏的原因没能捕捉到螺旋桨梢涡空泡,但螺旋桨空泡随空间角度的动态行为与试验观察结果吻合较好。     

船舶动力机械螺旋桨在不同湍流的动力性能仿真

不同动力机械螺旋桨在湍流环境下进行动力性能仿真过程中,存在量化误差较大的问题,为此提出船舶动力机械螺旋桨在不同湍流的动力性能仿真。分别设计螺旋桨动力性能仿真平台硬件结构和软件系统,实现螺旋桨动力性能仿真平台构建;基于仿真平台对船舶动力机械螺旋桨湍流流体动力学进行分析,通过平台大数据技术,实现船舶动力机械螺旋桨在不同湍流的动力性能仿真分析。试验数据表明,本文系统仿真效果与常规仿真方法相比,量化准确率提升10.25%,适合不同环境下的船舶螺旋桨动力性能分析。     

一种新型潜艇前置导叶螺旋桨的开发和试验研究

潜艇前置导叶螺旋桨是CSSRC为提高潜艇快速性和降低螺旋桨噪声而开发的一种新装置。它由螺旋桨和安装在尾附体与螺旋桨之间一适当位置上的导叶组成。利用尾附体、主艇体和导叶间的相互作用来调节螺旋桨的来流,使螺旋桨的能量损失、不定常力和辐射噪声减小。本研究表明,这种新装置可以提高潜艇最大航速0.3～0.5节,降低螺旋桨辐射噪声2～4分贝。     

声呐平台噪声控制机理分析

文章针对舰艇声呐平台的噪声问题,研究了三大噪声源对声呐自噪声的影响。研究表明,声呐舱水动力噪声分量主要受肋骨结构影响,在设计中应避免肋骨的形函数与湍流脉动压力波数—频率谱耦合。舰艇自身的螺旋桨噪声和辐射噪声主要从后部和底部向声呐平台传递,在声呐壁面附近和声呐区域产生较高噪声,为提高声呐自噪声控制效果,应在非透声壁面采取隔声措施。舷侧声呐受艇体振动影响较大,应在声呐单元安装导轨的振动传递途径上采取阻尼控制措施,有效降低声呐单元的振动响应。     

舰船辐射噪声特征建模

介绍一种舰船辐射噪声1/3 Oct谱模型建立方法.通过分别对机械噪声、螺旋桨直接辐射噪声及桨轴激励艇体振动噪声的特征规律研究,建立了机械和螺旋桨的额定声压脉动谱模型及桨轴激励艇体响应函数模型.根据机械噪声和螺旋桨噪声同航速的变化关系,得到不同转速下的合成辐射噪声1/3 Oct谱.利用Matlab GUI编写舰船辐射噪声...     

潜艇尾部流场的数值模拟

对潜艇实艇体周围三维流场进行数值模拟探讨，选用标准k—ε和RNG k—ε两种不同的湍流模式进行雷诺平均N—S方程计算。计算使用Fluent软件得到潜艇三维流场的速度分布，着重研究其尾部螺旋桨盘面处的伴流，并将两种湍流模式计算的结果进行比较。     

粒子群优化算法在螺旋桨三维翼型剖面设计中的应用

螺旋桨作为船舶等海上运输设备的主要动力来源和方向控制器,对船舶工业的发展起着重要的作用。随着螺旋桨动力学理论和结构设计的不断完善,针对船舶螺旋桨的改进技术也层出不穷。本文在传统螺旋桨升力线理论的基础上,针对螺旋桨的三维翼型剖面设计引入了粒子群优化算法,并用该优化算法对设计过程进行功能和结构的优化。     

基于CFD的船舶双螺旋桨水动力性能分析

目前,采用双螺旋桨的船舶较为广泛,但是由于船桨之间的相互干扰,造成螺旋桨水动力性能存在差异。本文以某型船舶双螺旋桨作为研究对象,基于滑动网络技术,采用ICEM软件建立螺旋桨的三维模型,采两种不同的湍流模型,分析了湍流模型对螺旋桨水动力性能的影响。采用对称边界模型对双螺旋桨进行数值计算,与单螺旋桨进行对比分析,双螺旋桨提升了推进效率。     

湍流抑制方法模拟边界层过渡流并粘性力预报研究

介绍了湍流抑制方法及其原理,并使用该方法和目前常用的γ-Reθ过渡流模型、湍流模型对较低雷诺数下平板、翼型结构和螺旋桨的边界层流动进行了模拟,并对粘性力进行了预报.通过与实验值进行比较,讨论了3种方法的优缺点:在有过渡流的情况下,湍流模型预报的粘性力误差较大;γ-Reθ模型能够预报过渡流,但是转捩点的位置由很多因素决定,从而影响粘性力的预报准确性,并且需要求解2个额外的输运方程,计算效率较低;湍流抑制方法虽然没有预报过渡流的能力,但是在预先知道转捩点位置的情况下(模型实验或者公式估算),可以简单、高效、准确地模拟过渡现象和预报粘性力,并且没有湍流模型的限制,可以针对不同的流场选择不同的湍流模型结合使用.     

预报螺旋桨噪声的方法

螺旋桨是舰船主要的噪声源,螺旋桨噪声的预报对评价螺旋桨声学性能及螺旋桨声学设计有非常重要的意义。本文分别对螺旋桨空泡噪声、螺旋桨无空泡高频噪声、螺旋桨无空泡低频离散谱噪声、螺旋桨无空泡低频连续谱噪声等四类噪声的预报方法进行了介绍,并对今后螺旋桨噪声预报方法研究提出了建议和展望。     

转捩模型在螺旋桨数值计算中的应用

螺旋桨敞水性能数值计算是船舶快速性能分析的基础,其计算精度对船舶快速性预报的准确度至关重要,湍流模型的选用是保证螺旋桨敞水性能计算精度的关键.本文利用k-ωSST湍流模型和γ-R?eθ转捩模型对螺旋桨敞水性能进行了计算.结果表明,在模型尺度下螺旋桨叶片表面流动的相当一部分还保持着层流状态,带有转捩能力的湍流模型对这类流动具有更强的模拟能力.