复合材料螺旋桨敞水性能与结构特性研究

针对复合材料螺旋桨流固耦合效应显著的特点，本文通过CFD计算复合材料螺旋桨所受水动力载荷，应用有限元方法计算复合材料桨叶结构响应，建立双向流固耦合数值计算方法，研究不同进速系数工况下刚性和复合材料螺旋桨的水动力性能与结构特性。研究结果表明：相较于刚性螺旋桨，复合材料螺旋桨通过弯扭耦合变形实现螺距角与攻角自适应匹配，进而提高推进效率并降低功率损耗；复合材料桨叶的最大总变形和最大等效应力随来流速度的增大而减小，随旋转速度的增大而增大。基于蔡-吴准则对复合材料螺旋桨的失效行为进行判断，蔡-吴失效系数随进速系数的增大而降低，失效区域更容易出现在桨叶叶梢处。     

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。     

螺旋桨最佳安装角度的探讨

在船舶推进轴系扭转振动能量法分析的基础上,通过对螺旋桨叶频次相对振幅矢量和的计算,从各激励成分矢量合成的角度,找出使得扭转振动响应最小的螺旋桨最佳安装角。通过某七缸机配四叶桨的推进系统的实际算例,计算证明了使用能量法推导出来的螺旋桨安装最佳角度和系统矩阵法响应计算结果基本一致,而且对于七缸机配四叶桨,在最差的安装角度下,螺旋桨轴上的振动应力幅值已经非常接近规范规定的持续运转限制。因此,某些特定的情况,在扭振计算中有必要考虑螺旋桨安装角度的影响。     

船舶推进轴系多体动力学和扭振特性

在深入分析推进轴系扭振特性及其动力学理论的基础上,将在Solidworks中建立的船舶推进轴系三维实体模型导入ADAMS中形成轴系的多体动力学模型,并对该模型进行自由模态分析、动力学特性分析和轴系在不同工况下的扭振特性分析。结果表明,推进轴系在施加负载后轴系的扭转角呈周期性变化趋势,振幅较大且峰值可达0.65°。在旋转副失效的条件下,扭转角在0.9°附近波动。当轴系终端螺旋桨受到冲击时,轴系的扭转角也将产生较大幅值的波动,最大扭转角达到了4.5°左右。     

斜流中船后螺旋桨水动力数值分析

基于CFD对国际标模KCS斜航状态进行了数值模拟,分析了不同漂角时螺旋桨在纵向、横向、垂向三个方向上的力和力矩的变化规律,并探讨了漂角对推力偏心矩的影响。数值模拟采用RANS(Reynolds-Averaged Navier Stokes)方法,结合SST k-ω湍流模型和滑移网格。计算考虑了±20o,±10o以及0o漂角,结果表明：由于横向水流改变了螺旋桨桨盘面上的载荷分布,漂角对螺旋桨的横向和垂向的力和力矩有显著影响,漂角方向对螺旋桨推力偏心矩的偏移有较大影响。     

斜流中艇后螺旋桨水动力数值计算方法

为解决潜艇操纵性研究中螺旋桨水动力预报问题,本文应用Fluent软件对斜流条件下全附体潜艇模型艇后水动力进行计算。网格划分上将计算域分解为静止域与转动域2部分,2部分交界面采用滑移网格技术传递数据。选取适当的数值离散方法,分别计算0°攻角时不同进速下以及设计进速下不同攻角时艇后螺旋桨水动力的值,并通过与试验数据的对比验证算法的可靠性。计算结果表明,艇后螺旋桨推力和扭矩随着攻角的增大呈现出先减小后增大的趋势。     

船用柴油发电机组轴系扭振分析若干问题

柴油机发电机组轴系与螺旋桨推进轴系的扭振特性是不同的,在进行柴油机发电机组的扭振计算时,不仅要校核柴油机曲轴扭振应力和发电机转子轴的扭振应力在规范允许范围内,而且发电机转子处的振动惯性扭矩以及合成扭转振幅(电角)也应在规范允许范围之内。     

螺旋桨非空泡噪声数值计算方法研究

通过合理的区域划分,分别建立螺旋桨流场计算域与声学计算域,通过大涡模拟求解螺旋桨流场压力信息。利用Light-Hill声类比理论对流场压力进行变换,得到螺旋桨旋转域的面声源与体声源,由此计算整个研究域的噪声分布情况,并对螺旋桨非空泡噪声的指向性进行分析。利用试验值对计算精度进行验证,计算值与试验值对比结果表明,计算方法对螺旋桨非空泡噪声具有较高的预报精度。     

螺旋桨非空泡噪声数值计算方法研究

通过合理的区域划分,分别建立螺旋桨流场计算域与声学计算域,通过大涡模拟求解螺旋桨流场压力信息。利用Light-Hill声类比理论对流场压力进行变换,得到螺旋桨旋转域的面声源与体声源,由此计算整个研究域的噪声分布情况,并对螺旋桨非空泡噪声的指向性进行分析。利用试验值对计算精度进行验证,计算值与试验值对比结果表明,计算方法对螺旋桨非空泡噪声具有较高的预报精度。     

不均匀流场中串列螺旋桨的空泡、激振力分析

本文基于普通螺旋桨的准定常理论和有关空泡、激振力的理论,发展了不均匀流场中串列螺旋桨空泡、激振力的一个计算方法。主要内容包括:Sasajima加权平均对周向不均匀流场的处理;计及前桨尾流收缩影响的串列螺旋桨正问题计算;轴承力和表面力的谐调分析;前、后桨一对叶片推力偏心的计算和推力、扭矩脉动的谐调分析计算;前、后桨叶剖面空泡长度和面积计算;前、后桨对空间一场点脉动压力的计算。本文还计算了同一伴流场中负荷相同,但叶错角和前、后桨螺距匹配情况不同的串列螺旋桨空泡长度。结果表明:不同的叶错角和不同的螺距匹配对串列旋桨的空泡长度有明显的影响。本方法对不均匀流场中串列螺旋桨的设计以减少激振力有一定的实际意义。     

二面角反射器的RCS特性分析

利用物理光学方法，对二面角反射器的雷达散射截面（RCS）进行了计算；着重分析二面角反射器的RCS随各种参数变化的特性，讨论减小其RCS的途径。     

雷达返射截面的皱屏模拟

The radar cross section (RCS) of a sort of corrugated screen were simulated with the multilevel fast multipole method (MLFMM). The results of simulation and test agreed very well. Compared with plate, it can obviously reduce backscattering field at the normal direction. Finally, the RCS of a dihedral angle consisted of a corrugated screen and a plate was presented also.     

舰船RCS整形设计中的电磁分析

减小舰船雷达散射截面（RCS）需要对舰船进行整形设计。本文从分析舰船典型结构——金属板的RCS与雷达波的入射角、频率及几何尺寸的关系出发,采用物理光学法导出了金属平板RCS与倾斜角的理论公式,确定了在单频点或多频点对平板进行雷达隐身设计的最佳倾斜角,通过具体实例说明了在舰船整形设计时,采用本文给出的计算公式可以对舰船的RCS和舱室容积进行折衷设计。结论对舰船雷达隐身设计具有指导意义。     

隐身桅杆与主船体耦合RCS特性研究

隐身桅杆技术是舰船隐身技术发展的重要方向之一,影响隐身桅杆RCS的因素很多,其中,隐身桅杆与主船体间的耦合直接影响RCS的考核结果。首次提出了隐身桅杆与主船体耦合RCS相对增加量的概念,并用以表征其与主船体的耦合特性。采用基于矩量法理论分析桅杆与主船体的耦合影响,研究结果可应用于隐身桅杆RCS综合评价。     

两种典型桅杆的多极化RCS统计分析

对舰船RCS基本统计量进行归类和分析,以桁架式和封闭式桅杆缩比模型为研究对象,基于快速多极子方法,对其在各种极化组合下的单站RCS进行计算和统计分析.结果显示：桅杆的RCS随雷达波入射姿态角有较多的起伏,且幅值较大,RCS序列密度峰值偏向低于平均值方向.封闭式桅杆比桁架式桅杆的整体的隐身效果更好,但在当舰船处于最不利角度时封闭式桅杆的隐身效果并不一定占优.RCS分布在不同极化方式下均存在差异,在进行桅杆隐身设计或分类识别时应不建议考评单个极化方式,但可忽略交叉极化工况.     

舰艇外形雷达隐身设计方法

通过典型舰艇外形雷达隐身的设计,指出进行舰艇不同截面外形的雷达散射截面比较设计的重要性,给出实际设计中雷达威胁区域的范围和隐身性能综合评价方法与常规设计相比较,验证了全船外形隐身设计的优越性。     

桨后自由叶轮理论设计方法研究

为对桨后自由叶轮进行综合设计研究,在前桨给定的前提下,采用螺旋桨的旋涡理论对桨后自由叶轮进行设计。前桨和自由叶轮之间的相互影响通过诱导速度来考虑,诱导速度通过以速度势为基础、采用源汇混合分布以及双曲面元的低阶面元法求得并进行周向平均,将非定常问题转化为定常问题。在实际设计过程中,通过面元法对前桨尾流场进行分析来求其收缩率,从而确定自由叶轮涡轮段直径,并用面元法分别对前桨和自由叶轮进行水动力性能预报,循环迭代直至桨后自由叶轮系统水动力性能收敛。实例设计分析表明:在较低进速条件下,设计的自由叶轮可获得较高的效益,效率最高可提升14.42%。     

弹道导弹中段RCS控制研究

RCS是影响防御系统雷达探测和目标识别的重要因素。针对导弹突防面临的预警雷达威胁,在空间弹道解算的基础上,分析弹头姿态角随时间的变化规律,建立雷达电磁波对导弹入射角模型。在雷达电磁入射角变化下,仿真分析弹道导弹中段RCS起伏特性。该研究为合理规划弹道导弹姿态控制要求,降低防御系统雷达探测跟踪能力具有一定的参考价值。     

舰船 RCS岸基测试与数据处理方法

针对武器装备发展对舰船目标特性的需求,本文从电磁散射理论与雷达测试两方面闸述雷达散射截面定义,表明了 RCS在电磁散射理论和工程测量上概念是统一的。归纳岸基 RCS测试的相对比较法,提出岸基雷达在掠海水平方向测试舰船 RCS所需信噪比、采集数据量等要求,讨论远场测试条件,规定了最远和最近测试距离,确保测试舰船 RCS结果的准确性。应用统计方法对原始数据进行处理,给出处理 RCS均值、误差、概率密度、累计分布函数等方法和应用过程。本文提出的舰船 RCS岸基测试方法,满足武器装备论证、试验鉴定等对舰船RCS应用要求。     

船舶推进节能研究：导轮的理论设计和实验

本文分析了应用导轮装置可将常规螺旋桨尾流能量转换为推进功率的原理,给出了以升力线理论为基础的导轮设计方法。为了检验给出理论公式的实际设计效果,对一条2000t的综合节能船作了螺旋桨/导轮组合推进装置的设计,在空泡水筒内进行了单独螺旋桨和螺旋桨加导轮组合装置的对比模型试验。为了探讨螺旋浆加装导轮后尾流场的变化,在对比模型试验中,用一维大功率激光测速仪进行了尾流轴向和切向速度的测量。试验结果表明,常规螺旋浆加装导轮装置后,确可减少尾流中的能量损失,提高给出实例中的螺旋桨效率达10％,与理论设计预估结果相当一致。