螺旋桨性能和压力分布预估方法的改进

本文提供了一个预估螺旋桨性能的升力面数值计算方法。该方法引入了一种新的螺旋桨尾涡模型,用圆锥螺旋面来模拟尾涡片的变形现象,以考虑尾流收缩等非线性影响。应用离散的涡、源奇点系作升力面数值计算.编制了螺旋桨性能及桨叶表面压力分布的计算程序。对DTNSRDC系列侧斜桨和AU型桨计算了桨叶上环量径向和弦向分布、螺旋桨敞水性能、桨叶上压力分布和桨后尾流场,并与相应的试验结果和其他方法的计算结果分别进行了比较。比较结果表明,利用本文提供的方法可望提高大侧斜螺旋桨性能的计算精度。     

助推节能扭曲舵性能的理论预报

本文提出了一种新型助推节能扭曲舵性能的升力面理论预报方法。螺旋桨后尾流场诱导速度的计算采用准非线性升力线理论；采用定常非线性涡格法计算处于桨舵诱导速度场中扭曲舵的环量分布，进而计算扭曲舵的附加轴向助推力。扭曲舵的水动力性能计算结果与实验值相符，说明该方法是一种有效的预报方法。     

螺旋桨升力面设计边界条件的处理分析

本文对螺旋桨升力面设计方法中边界条件的处理问题进行了分析.通过对边界条件的不同处理方法进行实例计算,根据计算结果的比较来分析边界条件的不同简化方法对设计计算结果的影响.从而得出螺旋桨升力面设计所采用的合理边界条件处理方法.     

自由液面对螺旋桨性能的影响

本文采用涡格升力面模型,提供了一个计算自由液面下(不计吸气影响)螺旋桨水动力性能的准定常升力面方法。在桨叶拱弧面上分布离散的涡系和表征桨叶厚度的源系,其未知涡强由满足螺旋桨物面条件、线性化自由液面条件和随边Kutta条件来确定。为了便于计算,对兴波部分简化了计算模型,螺旋桨用无限叶数螺旋桨模型来代替。 利用本数值方法编制的计算机程序,计算了桨轴有限沉深下螺旋桨的水动力特性,并和实验结果进行了比较,两者吻合良好。     

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。     

不均匀流场中非空泡螺旋桨诱发的脉动压力场计算(英文)

本文介绍了一种基于升力线理论考虑升力面修正的准定常处理方法及相应的计算程序。应用此方法,可计算不均匀流场中非空泡螺旋桨一系列水动力性能的周向径向分布;脉动轴承力的各阶幅值及相位分布可以得解;由叶片厚度、叶片动态及静态负荷所诱发的自由空间脉动压力场利用源汇分布及压力偶极子分布亦可得解;数值计算表明该方法所计算的敞水性能及脉动轴承力与试验结果吻合良好。本方法可用于螺旋桨在均匀及不均匀流场中的性能预估及脉动轴承力六分力的理论预测,亦可用于进行非空泡螺旋桨在不均匀流场中诱发的自由空间脉动压力场计算。另外,本方法还可用于计算不均匀伴流场中各切面遭遇的脉动攻角及相应空泡数,以之作为输入数据可进一步依理论计算片空泡的几何形状,是空泡螺旋桨激振力计算的重要基础。     

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。     

桨后舵附推力鳍理论计算

螺旋桨与舵附推力鳍,分别采用升力面法和基于速度势的面元法计算,两者之间的相互干扰采用迭代计算。在计算面元的影响系数时,应用了Morino导出的解析计算公式,以加快数值的计算速度。分析了不同螺旋桨尾涡模型对舵附推力鳍水动力性能的影响,并提出一种新的螺旋桨尾涡模型。计算了加装舵附推力鳍之后螺旋桨尾流场周向诱导速度沿径向的分布。对影响推力鳍助推效率的几个主要参数进行了变尺度研究。     

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。     

水下潜器系统导管螺旋桨水动力特性及周围流场分布预报与分析

运用计算流体力学方法对水下潜器系统中导管螺旋桨在水下潜器转艏运动中螺旋桨周围的水动力现象进行观察,对在这样的工况下导管螺旋桨周围流场特征、进速、诱导速度、推力沿盘面和桨叶径向的分布,以及螺旋桨所发出的推力与螺旋桨周围流场之间的关系进行观察。计算结果表明:在一定的螺旋桨转速条件下,进速越小,螺旋桨所发出的推力也越大;由于导管出口处激发出的梢泄涡作用,导致盘面后叶梢附近轴向诱导速度降低、压力增大,该处叶面与叶背之间的压差也随之增大;螺旋桨的推力沿桨叶径向的分布呈现出半径越大,所产生的推力也越大的特点。     

螺旋桨旋涡发放数值模拟

基于LS-DYNA软件和任意拉格朗日—欧拉(ALE)方法,建立螺旋桨与流体相互作用的有限元模型,数值计算螺旋桨固定桨叶在前方来流下的流体动力特性和结构力学性能,分析总结桨叶后方旋涡运动和桨叶内部应力变化的规律。结果表明,螺旋桨桨叶的不规则形状导致了桨叶后方旋涡的相互作用,桨叶单元所在位置的厚度以及该位置与约束位置的距离决定了单元应力的大小。数值模拟得出的结论对研究螺旋桨"唱音"现象有一定的参考价值。     

导管剖面设计对导管螺旋桨水动力特性的影响

运用计算流体的方法对导管螺旋桨的叶梢漩涡、螺旋桨周围流场和推力特性进行计算,并且通过组合不同类型的导管对比分析了梢涡的改善方法和推力性能的优化方案.计算结果表明:调整导管螺旋桨中的导管迎角,并延长导管有助于改善导管螺旋桨梢涡的产生和改善桨毂后的尾流,有利于提高导管螺旋桨的稳定性;增大导管迎角并延长导管能够使桨叶上荷载和推力分布更加均匀;在进速系数J=0.4左右,导管螺旋桨性能更优,也更高效.本文结论有助于设计出性能优良的导管螺旋桨.     

螺旋桨水动力性能的数值预报方法

基于速度势的低阶面元法预报螺旋桨的水动力性能。选用四边形双曲面元对桨叶进行离散以消除面元间的缝隙,基本积分方程由格林公式导出。在面元上布置等强度源汇和偶极子。采用线性尾涡并在每个尾涡面元上布置等强度的偶极子。利用Newton-Raphson迭代过程满足桨叶随边非线性等压kutta条件,使桨叶上下表面的压力在随边处一致。利用Morino计算影响函数的解析公式,采用Yanagizawa方法求得物体表面上的速度分布,并对普通桨和大侧斜桨进行了数值预报。     

基于MRF方法和滑移网格的螺旋桨水动力性能研究

本文基于计算流体力学(CFD)方法,对多重参考系模型(MRF)及滑移网格模型(SM)在计算螺旋桨水动力性能时的差异进行了探讨。将以上两种模型应用到4381螺旋桨的水动力性能计算中,首先将计算得到的推力系数及转矩系数与试验数据进行了对比,考察了两种计算模型对螺旋桨的敞水性能的预测情况,并进一步对两种模型计算得到的螺旋桨盘面的速度场、桨叶的压力分布、桨后涡量云图等进行了对比分析。计算结果表明,滑移网格模型相较于多重参考系模型,对螺旋桨的推力系数的模拟结果误差更小,扭矩系数方面,两种模型的模拟结果相差不大;对于进速系数较大时,两种模型模拟得到的压力分布及速度分布较为相似,但对于高负荷情况,滑移网格模型可以更好地捕捉桨叶的压力分布及桨盘面处的速度分布情况;进速系数较小时,多重参考系模型可以模拟出涡结构的发散现象,而滑移网格模型可以更好的在高进速系数情况下捕捉到梢涡结构。     

Comparative measurements on the flow structure of a marine propeller wake between an open free surface and closed surface flows

In order to investigate the effects of a free surface on the wake behind a rotating propeller, experiments were carried out in a circulating water channel for two cases: one with an open free surface and one with a closed free surface covered by a rigid plate. Four hundred instantaneous velocity fields were measured using a two-frame particle image velocimetry (PIV) technique at four different blade phases. These were ensemble-averaged to investigate the time-averaged flow structure in the near-wake region. For a surface ship, the flow behind the propeller is influenced by the hull wake and the free surface. The phase-averaged mean velocity fields show the potential wake and the viscous wake formed by the boundary layers developed on the blade surfaces. The interaction between the bilge vortices and the incoming flow along the ship’s hull deforms the wake structure. Tip vortices are generated periodically, and the slipstream contraction occurs in the near-wake region. The free surface was found to affect the axial velocity component and vortex structure behind the propeller. As the flow goes downstream, the tip and trailing vortices dissipate due to turbulent diffusion and active mixing with adjacent vortices.     

Study on the design of propeller blade sections using the optimization algorithm

A new method for designing propeller blade sections is presented. A vortex lattice method is used to evaluate the performance and the time-dependent pressure distribution on the blade surface in a non-uniform flow, while efficient optimization algorithms are used to modify the blade sections. Two different designs were carried out in this study. The first was a design to realize a target pressure distribution in a rotating three-dimensional flow. A two-dimensional wing theory was used to obtain the target pressure distribution. The predicted increase in efficiency and the reduction in the cavity volume were confirmed by model experiments. The second was a design to maximize the propeller efficiency. By this method, the propeller efficiency was improved by 1.2% under the constrains of constant thrust and a prescribed margin for face cavitation.     

Investigation on the vortex structure of propeller wake influenced by loading on the blade

The vortex structure of the wake behind a marine propeller was investigated in terms of loading variation by using particle image velocimetry. One hundred and fifty instantaneous velocity fields were ensemble averaged to study the spatial evolution of the wake and the behavior of the tip vortices in the region ranging from the trailing edge to one propeller diameter downstream. The trailing vorticity was found to be related to the radial velocity jump, and the viscous wake was affected by the boundary layers developed on the blade surfaces. A vortex identification method using the swirling strength was employed to extract the location of the tip vortex. The loading on the blade made a clear difference to the contraction angles. Slipstream contraction occurred in the very near wake region, and unstable oscillation occurred because of reduced interaction between the tip vortex and the wake sheet behind the maximum contraction point for each loading condition. The maximum tangential velocity around the tip vortex center revealed the average radius of its core, which was used for calculating the vortex strength. Additionally, variation of the average radius of tip vortices with the change of blade loading was related to vortex tube stretching in the wake region. The nearly constant vortex strength continued up to one diameter downstream for light loading and design loading conditions.     

复合材料螺旋桨水动力特性的流固耦合数值模拟

为了分析复合材料螺旋桨变形对其水动力性能的影响,利用FLUENT和ANSYS结构模块建立了一种流固耦合的方法。基于此方法分析了桨叶变形对敞水曲线,桨叶附近流场及其表面压力的影响。研究结果表明,初始几何为无侧斜无纵倾的螺旋桨变形后纵倾发生改变,使推力和扭矩系数变大,且推力系数和扭矩系数的增值随进速系数减小而增大。变形后的螺旋桨桨叶表面压力增大,压力系数变化最大值可达40%,螺旋桨轴向诱导速度变化最大值可达18.7%。     

二相流模式下JDC4-55可调桨粘性流场分析

运用CFD方法中的汽-液混合二相流模型模拟JDC4-55可调桨的水动力性能和空泡性能。通过改变进速和调节桨叶角度得到相应的水动力性能参数。分析空泡对螺旋桨水动力性能的影响,进行JDC4-55可调桨桨流场模拟分析。相对于单相流模型而言,JDC4-55可调桨汽-液混合二相流模型性能计算结果与实验值吻合得更好。