指定压力分布的螺旋桨设计

修改压力分布设计螺旋桨新型叶剖面来改进空化斗的工作已经进行多年,但是均基于薄翼理论进行二维剖面与三维叶剖面之间的转换.文中分别用B样条曲线和曲面表达二维剖面和三维桨叶,指定Eppler剖面的压力分布作为三维目标压力;将一个初始螺旋桨用B样条曲线表达其0.8R处的剖面几何;建立算法调整0.8R剖面对应的B样条控制多边形,进而调整桨叶几何,使得0.8R处三维面元法预报压力逼近目标压力.文中最后还讨论了高负荷时该剖面的压力分布情况.     

基于B样条的螺旋桨面元法设计

为了改善螺旋桨的空泡性能，提出一种基于面元法的螺旋桨设计方法，桨叶几何形状用较少的B样条控制角点来表示。给定桨叶剖面环量分布，并认为桨叶剖面弦向环量分布与压力差分布形式相同。将面元法计算得到的压力差分布转换为环量分布，以计算的环量分布与给定的环量分布之差的平方和作为目标函数，通过最小化目标函数可以得到桨叶几何形状。     

不同螺距拟合方式对螺旋桨优化效果的影响分析

螺距是船用螺旋桨桨叶重要的几何参数,对螺旋桨水动力性能的影响较大。在螺旋桨优化设计过程中,不同的螺距拟合方式不仅得到的螺旋桨桨叶几何形状的光顺程度不同,而且优化效果也不同。本文以DTRC438X系列桨为母型,结合粒子群优化算法和螺旋桨水动力性能的面元法理论预报程序,以提高螺旋桨敞水效率和限定推力系数值为目标,分别采用B样条曲线和贝塞尔函数拟合螺距方法进行螺旋桨各剖面螺距(桨叶其它参数与母型桨相同)的优化设计。对比两种方法各自优缺点,重点分析优化后螺旋桨的敞水效率、压力分布及环量分布并考虑侧斜的影响。经对计算结果分析表明:两种方法都得到了较好的优化效果,而采用B样条曲线拟合螺距方法的优化效果要优于贝塞尔函数法     

非均匀流场中抗空泡桨叶剖面设计

给出非均匀流场中螺旋桨桨叶剖面的设计方法,提出保持剖面空泡特征不变的等效运转曲线的思想与确定方法。本文方法设计的桨叶剖面能有效地控制空泡范围和空泡类型,得到期望的空泡性能。剖面可采用母型剖面或“新剖面”方法来设计,进而可确定桨叶弦向环量分布,然后由升力面理论设计三维桨叶的几何形状。通过实例螺旋桨的设计,其空泡性能得到显著的改善,说明本方法是合理和有效的。     

基于Theodorsen方法的螺旋桨空泡数值计算研究

探讨一种预测桨叶剖面任意点处是否会出现空泡的方法。首先,针对所给桨叶剖面,采用Theodorsen方法计算出绕叶剖面周线的速度分布和压力分布,用湍流边界层Head方法进行压力分布修正;然后将所得各点降压系数与空泡数进行比较,从而预测叶剖面各点是否会出现空泡;最后,通过对HSP桨旋转一周过程中桨叶r/R=0.7处剖面压力系数的计算,对该处是否会出现空泡作出判断,结果显示计算值与实验值符合性较好。     

兼顾效率与空泡性能的桨叶剖面自动优化设计

引入数学上的 NURBS曲线来表达翼型几何,成功实现翼型几何的自动变形与重构;之后借助于Isight优化平台,集成CFD技术构建二维翼剖面的多目标自动优化设计流程;并选择NACA 661-212翼型为设计对象,在兼顾效率和空泡性能的前提下,以升阻比和最小压力系数为设计目标进行优化设计,最终得到在相应设计点处两目标均有改善的翼型。该结果表明此设计方法的可行性,对推广至三维螺旋桨的优化设计提供一定的借鉴经验。     

螺旋桨叶剖面优化设计比较研究

比较研究了船舶螺旋桨最高空泡起始航速的叶剖面优化设计方法。优化设计方法由剖面参数表达、空泡斗预报和最佳空泡起始性能遗传算法翼型优化三部分组成。Eppler方法采用10个参数表达任一翼型,已被有效应用到最高起始航速的螺旋桨叶剖面优化设计中。除了Eppler方法中的设计参数,剖面参数表达也可采用B样条曲线的控制点参数实现。对上述两种剖面参数表达方法进行了叶剖面优化设计比较研究,得到了一些结论。     

兼顾效率与空泡性能的桨叶剖面自动优化设计

引入数学上的NURBS曲线来表达翼型几何,成功实现翼型几何的自动变形与重构;之后借助于Isight优化平台,集成CFD技术构建二维翼剖面的多目标自动优化设计流程;并选择NACA 661-212翼型为设计对象,在兼顾效率和空泡性能的前提下,以升阻比和最小压力系数为设计目标进行优化设计,最终得到在相应设计点处两目标均有改善的翼型。该结果表明此设计方法的可行性,对推广至三维螺旋桨的优化设计提供一定的借鉴经验。     

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。     

基于MATLAB与CATIA船用螺旋桨建模研究

通过分析螺旋桨的几何特征，依据MATLAB编程语言实现桨叶不同半径处三维型值点计算。同时，为提高不同半径处桨叶曲面连接光顺性，对相邻半径处曲面变化较大处增加半径条数，通过样条插值方法插值增加半径处的三维型值点数据，并将三维型值点以CATIA平台识别的特定格式文件输出，快速完成螺旋桨三维模型的绘制。结果表明：该方法减少了繁琐的计算与数据整理工作，提高了螺旋桨曲面光顺性与三维建模效率。     

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。     

基于求解速度势通量的指定压力分布二维翼型设计方法

为了提升翼型的水动力和空泡等性能,指定压力分布的翼型剖面设计的方法多数集中在给定攻角下的翼型剖面的设计,该方法存在计算量较大,收敛性不理想,特别是推广到三维问题时,上述问题尤为突出,限制了翼型设计的进一步发展。文章以势流理论面元方法为基础,通过求解指定压力分布条件下翼型表面的速度势通量,获得翼型表面形状的修正量,并将修正量分解为攻角的变化以及剖面自身的变化两部分,从而得到了翼型唯一的设计攻角和翼型剖面几何（厚度分布、拱度分布）。文中采用上述方法对二维翼型问题进行了设计验证,表明该方法可以设计任意指定压力分布的翼型剖面,理论上该方法可以用于全三维翼型的设计问题。     

Numerical analysis of surface piercing propeller in unsteady conditions and cupped effect on ventilation pattern of blade cross-section

The aim of this study is to calculate hydrodynamic performance and ventilation flow around wedge, 2D blade and 3D surface piercing propeller (SPP), using computational fluid dynamic based on Reynolds-averaged Navier–Stokes method. First, numerical analyses for two-phase fluid flow around the wedge and 2D blade section (cupped and non-cupped) are presented. Flow ventilation, pressure distribution and forces are determined and compared with experimental data. Then, the method is extended to predict the hydrodynamic performance of propeller SPP-841B. The propeller exhibits a cupped blade. In the simulated configuration, SPP is one-third submerged (I = h/D = 0.33) and is working at various loadings with full ventilation occurring at low advance coefficient (J). The open water performance, pressure distribution, forces/moments and ventilation pattern on the SPP-841B model are obtained and compared with experimental data. The numerical results are in good agreement with experimental measurements, especially at high advance coefficient.     

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。     

某船用柴油机SCR系统混合器结构参数仿真优化

在某船用柴油机SCR反应器及尿素喷射系统结构参数优化的基础上,建立SCR混合器三维仿真模型,研究SCR混合器叶片角度和安装位置对SCR系统的混合均匀性、压力损失、NH₃逃逸、NOx转化率的影响。仿真结果表明：混合器叶片角度为15°、安装位置离喷嘴下游75mm时,可使催化剂进口截面的NH₃分布均匀性系数提高4.5%,NOx转化率提高6%。     

桨毂形状对螺旋桨水动力影响仿真

采用全结构化网格对桨毂进行计算流体动力学(CFD)水动力仿真,验证仿真方法的有效性,研究3种典型桨毂形状对螺旋桨敞水特性、截面压力分布和空化的影响。通过对比分析发现:圆弧形桨毂阻力最小,效率最优,桨毂形状主要影响叶根区域的流动;圆柱形桨毂叶根的压力最小,空化面积最大;圆弧形桨毂的抗空化性能最优。     

新型抗空泡翼型剖面设计研究

基于Eppler翼型设计方法提出一种新的抗空泡翼型剖面设计方法。新的设计方法利用预先给定的最大厚度和设计升力系数进行翼型剖面设计,并将厚度及拱度的分布与攻角的设置相结合,将所需的厚度与拱度分布转换为合理的攻角分布作为输入,以便用Eppler方法进行翼型剖面设计,并通过对攻角分布进行修改来调整空泡斗的位置。计算表明,所提出的方法对控制翼型剖面的厚度和拱度分布有效,利用该法设计的翼型剖面具有较好的空泡性能。