船舶推进器低频宽带非定常力试验研究

低频宽带力是船舶推进器非定常力的重要组成部分,一方面它会直接辐射引起低频段较高的噪声,另一方面还会通过轴系传递到船体,引起船体振动并辐射噪声,因而对其研究具有重要意义.本文利用试验手段对船舶推进器低频宽带非定常力进行了系列研究,利用自主研制的非定常力动力仪,在大型循环水槽不同网格模拟伴流场中对不同叶数、不同材料推进器模型进行了低频宽带力测量,得到了低频宽带力的典型频谱特征规律,以及宽带力随速度、湍流参数、材料、叶数变化的定量关系.研究成果可为船舶推进器低频宽带力的理论预报方法提供试验验证数据,同时为宽带力的频谱特征规律分析提供了试验支撑.     

舵前轮缘泵喷推进器的转子轴承力研究

为研究新型的舵前轮缘泵喷推进器的减振降噪效果,采用结构化网格和基于SST k-ω模型的DES模型,对舵前轮缘泵喷推进器的非定常水动力进行了计算,总结了该新型推进器的轴承力特性.先通过采用不同的边界层厚度和网格数量进行计算,总结得到了合适的数值计算方法.再通过分析舵对常规泵喷推进器的转子盘面流场和转子轴承力的影响,证明了...     

基于叶梢小翼的泵喷推进器梢隙涡控制方法数值研究

泵喷推进器转子叶片梢涡不仅会降低推进器空化性能,而且会引起较大的梢隙压力脉动和非定常激励力,从而降低推进器声学性能。因此,泵喷梢隙涡控制是提升推进器声学性能的有效途径。该文针对某前置定子泵喷推进器,提出基于叶梢翼的梢涡控制措施,并利用高精度数值仿真方法对比分析了抑制梢涡前后的泵喷推进器推进性能、流场结构、压力脉动等特性。研究结果表明：基于叶梢翼的转子梢涡控制方法可显著抑制泵喷梢涡发展和叶梢间隙压力脉动,并且对推进器的水动力性能影响较小,可为泵喷推进器声学优化提供参考。     

单桨、导管桨和泵喷推进器的水动力性能和流场对比研究

单桨、导管桨和泵喷推进器是水下航行器常用的3种典型推进器。论文在某型前置定子式泵喷推进器模型的基础上建立了2种新的模型，分别为只包含转子的单桨模型和包含转子、导管的导管桨模型。基于分离涡模拟方法，对这3种模型的水动力性能、流场进行了对比研究。结果表明，相对于单桨和导管桨，泵喷推进器的水动力性能有明显提高。此外，前置定子对转子叶片上的非定常载荷有较大的影响，改变了其幅值和频率特性，而导管对转子叶片上的非定常载荷影响较小。单桨和导管桨转子叶片上激振力的特征频率是转子的通过频率，而泵喷推进器转子叶片上激振力的特征频率是定子的通过频率。论文的结论对水下航行器的推进器选型和水动力性能研究有一定的工程指导意义。     

基于分块结构网格的泵喷推进器敞水性能模拟

为准确预报泵喷推进器的敞水性能，采用分块高质量结构化网格，结合SST k-ω模型对模型泵喷推进器进行了数值模拟。结果表明：该数值方法所得计算值与实验值保持较好一致性；进行泵喷推进器敞水性能模拟时，进口距转子域的最佳长度为3D；泵喷推进器的前置定子有利于降低辐射线谱噪声和提高推进效率；设计较大的导管攻角有利于降低泵喷推进器的辐射线谱噪声。     

基于凹槽结构的泵喷推进器梢涡控制效果及计算方法

为了降低泵喷推进器的辐射噪声,借鉴航空发动机"处理机匣"技术,在泵喷推进器导管内壁上开设凹槽结构,达到降低泵喷推进器转子梢涡强度、抑制梢涡空化的目的。针对某型泵喷推进器,采用结构化网格,对比分析了无凹槽和有凹槽喷泵喷推进器的梢涡强度,结果显示,导管凹槽能够有效削弱梢涡强度;分析了湍流模型、网格数量和时间步长对计算结果的影响,初步建立了导管凹槽梢涡抑制效果的数值计算方法,研究结果为泵喷推进器梢涡控制提供了新的技术路径和技术支撑。     

基于凹槽结构的泵喷推进器梢涡控制效果及计算方法

为了降低泵喷推进器的辐射噪声,借鉴航空发动机"处理机匣"技术,在泵喷推进器导管内壁上开设凹槽结构,达到降低泵喷推进器转子梢涡强度、抑制梢涡空化的目的。针对某型泵喷推进器,采用结构化网格,对比分析了无凹槽和有凹槽喷泵喷推进器的梢涡强度,结果显示,导管凹槽能够有效削弱梢涡强度;分析了湍流模型、网格数量和时间步长对计算结果的影响,初步建立了导管凹槽梢涡抑制效果的数值计算方法,研究结果为泵喷推进器梢涡控制提供了新的技术路径和技术支撑。     

喷水推进和泵喷推进的概念：共性、特性及区别

[目的]针对国内外喷水推进和泵喷推进的概念缺乏完整定义、外延尚存混淆、产品称谓混乱的现状,[方法]通过对这2种推进器工作原理和具体结构的剖析,进行共性提炼和特性区分,提出喷水推进和泵喷推进的定义,指出它们的共性、特性及区别。[结果]喷水推进和泵喷推进均属泵类推进,都是通过管道内叶轮和导叶的流场匹配设计在喷口产生轴向射流而获得推进作用;喷水推进的第一设计指标是高效率、首要保证快速性,相应的设计结果是喷水推进器;泵喷推进的第一设计指标是低噪声、首要保证声隐身性,相应的设计结果是泵喷推进器。[结论]该定义不仅包含和区分了已问世至今的喷水推进器和泵喷推进器,而且也明示了国外某些泵类推进器命名存在的问题。该定义有助于业内对喷水推进和泵喷推进的认识和区分。     

基于大涡模拟的泵喷推进器梢隙流场特性研究

泵喷推进器导管内壁与转子叶梢之间存在较小的间隙,叶梢间隙中的流场是整个导管内流场中最复杂的区域。为了研究泵喷推进器梢隙流场特性,基于大涡模拟对泵喷推进器的梢隙流场进行数值模拟分析。通过对网格数量和时间步长的无关性验证,建立了一套研究梢隙流场特性的计算方法,分析了梢隙流场中涡结构的生成、输运和扩散过程,并对比了不同湍流模型和进速系数对梢隙流场中涡结构形态的影响。研究结果为控制泵喷推进器梢隙流场提供参考。     

导管式推进器非定常性能数值计算方法研究

基于滑移网格方法,采用SST k-ω湍流模型研究不同网格划分方式对带前置定子导管式推进器非定常性能的研究。首先基于相对参考坐标系法及滑移网格方法分别对推进器在定常与非定常下的性能进行数值预报,并与试验结果相比验证计算方法的可靠性。基于该方法研究整体网格划分方式与周期性网格对推力系数、扭矩系数与推进器各个方向上的非定常脉动力的影响。研究结果为进一步研究推进器非定常性能提供了参考。     

船体伴流对直翼推进器水动力性能的影响

[目的]直翼推进器是一种特种推进器,其借助从船舶底部伸出并围绕垂直轴往复式摆动的桨叶产生精准且无级可调的推力,有必要研究敞水和伴流条件下直翼推进器的水动力性能.[方法]首先,通过分析直翼推进器的工作原理,推导出叶片的多重运动规律公式;然后,基于RANS方程和κ-ε湍流模型,采用滑移网格技术计算直翼推进器的敞水性能;最后...     

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。     

Experimental study of controlling tip clearance flow in a pump-jet propulsor北大核心CSCD

[Objective]This paper aims to suppress the adverse effects of tip clearance flow on the hydrodynamic performance and unsteady excitation force of a pump-jet propulsor. [Method]As for the pre-swirl stator pump-jet propulsor, an annular flexible seal structure closely matched with a rotor tip ring is used to study the validity of suppressing the clearance flow on the rotor tip. The rotor thrust and torque of the propulsor are measured by keeping the shroud approximately rigidly fixed, enabling the rotor open water efficiency to be obtained. In addition, the point of cavitation inception at each design condition is observed and recorded carefully with the help of a high-power stroboscope, and the cavitation inception curves of the propulsor with/without tip clearance are obtained through calculation. Finally, tests of shaft vibration acceleration on the pump-jet propulsor with/without tip clearance are conducted under conditions of cavitation and non-cavitation in order to evaluate the effects of diminishing tip clearance. [Results]The results show that the thrust and torque of the rotor of the pump-jet propulsor with a flexible seal structure are significantly increased, which in turn renders open water efficiency significantly increased at low and medium advance coefficients, unchanged near the design point and slightly decreased at the high advance coefficient. Moreover, the cavitation performance of the pump-jet propulsor without clearance is better at a wide range of advance coefficient, 0.85 相似文献   

跨声速轴流涡轮特性预估方法

[目的]在高亚声速和跨声速下,轴流涡轮静叶喉部出现跨声速气流,三维研究时间周期长且获取特性参数慢,为此,提出一套行之有效的涡轮特性预估方法体系.[方法]整合已有的损失模型及采用一维编程的方式预估涡轮特性,并通过三维数值模拟进行验证.[结果]研究结果显示,一维特性评估得到的级等熵滞止温比与三维的相对误差为11.53％,级...     

泵喷推进器导管对噪声传播特性的影响

对泵喷推进器导管内外声场采用有限元方法进行了建模及计算,无限远场采用无限元技术进行建模,在考虑声振耦合的条件下,在频率域内从测量点频谱、特征频率声场及噪声指向性等方面分析了特定噪声源下导管对噪声的传播影响。研究表明,导管对低频噪声无明显影响,对较高频噪声能改变其声场指向性及降低其声压级。本文研究成果对进一步进行导管声学设计具有重要指导意义。     

基于正交试验的喷水推进器参数优化设计

采用正交实验法对喷水推进器进行参数优化设计,以推力作为评价指标,基于信噪比的概念,分析了转子叶片数、定子叶片数以及定子安装角度对喷水推进器参数的影响。结果表明：定子叶片数在影响因素中的贡献度较低,转子叶片数与定子安装角度有着较强的交互作用,且呈负相关关系,当转子叶片数较多时,流体轴向速度较大,因此定子安装角度不宜过大。通过正交实验与非线性理论模型的构建,基于自适应粒子群算法寻优,得出最佳化参数组合为转子叶片4片、定子叶片数为5片以及定子安装角度为10度,优化结果经类比实验性能测试,效果较佳。     

A method for numerical calculation of propeller hydrodynamics in unsteady inflow

The hydrodynamic performance of a propeller in unsteady inflow was calculated using the surface panel method. The surfaces of blades and hub were discreted by a number of hyperboloidal quadrilateral panels with constant source and doublet distribution. Each panel's corner coordinates were calculated by spline interpolation between the main parameter and the blade geometry of the propeller. The integral equation was derived using the Green Formula. The influence coefficient of the matrix was calculated by the Morino analytic formula. The tangential velocity distribution was calculated with the Yanagizawa method, and the pressure coefficient was calculated using the Bonuli equation. The pressure Kutta condition was satisfied at the trailing edge of the propeller blade using the Newton-Raphson iterative procedure, so as to make the pressure coefficients of the suction and pressure faces of the blade equal at the trailing edge. Calculated results for the propeller in steady inflow were taken as initialization values for the unsteady inflow calculation process. Calculations were carried out from the moment the propeller achieved steady rotation. At each time interval, a linear algebraic equation combined with Kutta condition was established on a key blade and solved numerically. Comparison between calculated results and experimental results indicates that this method is correct and effective.     

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。     

基于神经网络/模糊逻辑系统的混合式特征提取器

特征提取是水声目标分类的关键环节之一，用以获取各类目标的一些可鉴别性特征。螺旋桨轴频、叶率和叶片数是目标的本质性、鉴别性特征，是分类的重要线索。本文提出了一个基于神经网络／模糊逻辑系统的混合式特征提取器，先利用侧抑制神经网络从目标辐射噪声的包络谱中提取线谱序列，再利用模糊逻辑系统从线谱序列中提取出螺旋桨轴频、叶率和叶片数。对目标数据的分析表明：该特征提取器能够为目标分类提取有效的鉴别性特征。     

泵喷推进器水动力噪声的数值预报

泵喷推进器由于其高航速时优异的噪声性能,在核潜艇上已得到广泛应用,对其水动力噪声数值计算方法进行研究具有重要意义。文中首先在利用CFD方法得到固体壁面脉动压力分布的基础上,基于边界元方法完成了静止固体壁面流噪声的计算,结合点源模型并借鉴扇声源理论完成了任意边界条件下旋转声源噪声的计算,并且噪声计算结果与试验值、文献值吻合较好;然后以某泵喷为对象分别计算了泵喷静止部件和旋转部件的水动力噪声,最后对二者声场进行叠加即得到泵喷总噪声。结果表明静止部件噪声宽带总声级在径向最高,旋转部件噪声则在轴向最高;在导叶通过频率及其谐频处,由于叶轮与导管内壁面相互作用区域脉动剧烈,使得导管成为径向测点处噪声的主要贡献者,导叶对总声场的贡献量很小。