非均匀伴流中复合材料螺旋桨非定常空化流固耦合研究

复合材料可改善螺旋桨空化性能及振动特性，在先进海洋推进装备领域备受关注。本文基于URANS计算复合材料螺旋桨外流场，应用FEM求解桨叶结构动态响应，并将水动力载荷及结构变形实时双向传递，建立复合材料螺旋桨非定常空化流固耦合数值计算方法。精细地模拟了桨叶经过高伴流区过程中叶梢空泡的演化；叶梢最大变形量随着叶梢空泡的初生、发展而逐渐增大，在梢涡空泡形成阶段达到最大值，然后随着空泡的溃灭而减小；揭示了复合材料的应用使螺旋桨推进效率得以提高、叶梢空化得以抑制的机理，即复合材料螺旋桨在空化水动力载荷作用下产生弯扭耦合变形，自适应地调整攻角以抑制空泡发展；对比了典型空化工况下复合材料与刚性金属螺旋桨空化水动力性能的区别；与刚性金属桨相比，复合材料螺旋桨的压力脉动峰值缓和，对非均匀伴流场的适应性更好。