全回转吊舱螺旋桨设计及其水动力性能研究

全回转吊舱推进器作为现代最先进的特种推进设备之一,近几年来其整体的水动力性能研究一直备受行业热点关注,但是针对吊舱螺旋桨设计的研究却相对较少,由于吊舱的独特结构形式,螺旋桨、舱体、吊柱等结构相互影响,因此螺旋桨设计方法和常规推进器的设计有着较大的差别,本文使用数值升力面的理论设计方法结合CFD计算方法,探索出吊舱螺旋桨水动力变化规律,分析吊舱结构对螺旋桨的水动力性能影响,为吊舱推进器的螺旋桨设计提供了一种可靠的方法。     

升力鳍伺服系统非定常水动力特性的研究

重点研究了升力鳍升力及转矩与鳍角的非定常水动力特性。通过对鳍升力和转矩的非定常水动力特性试验数据的分析,提出了升力鳍系统的鳍角与升力的换算关系应建立在非定常水动力的基础上。以Theodorsen理论为基础,利用水动力试验数据,修正了基于Theodorsen理论的计算升力系数的公式,提出了修正的升力转矩非定常水动力的数学模型,经实例计算仿真结果与水池试验结果比较,验证了该数学模型的正确性。利用该数学模型直接计算升力,可以省去复杂的、可靠性低、误差大的升力测量装置及复杂的升力计算。该研究也进一步充实了升力鳍非定常水动力特性的理论研究,解决了升力计算的问题。     

导管螺旋桨的升力面/面元偶合设计方法

本文提供了一种应用升力面理论和面元法偶合的导管螺旋桨理论设计方法。螺旋桨作为逆问题用升力面理论处理，导管作为正问题用基于速度势的面元法计算。方法的特点是通过迭代考虑桨和导管的相互影响，并自动进行导管和桨的推力分配。导管的面元计算采用两种方案进行偶合：(1)在桨升力面设计过程中每一步偶合；(2)升力面设计结束后偶合。算例表明，两种方案均能给出收敛、一致的结果。     

一个新的对转螺旋桨升力面设计程序

本文提出了一个对转桨升力面设计的新方法及程序。前后桨的干扰计算采用了更严格的场 干扰计算；桨叶轮廓、叶剖面型式、厚度分布有很大灵活性。更适合于低噪声大侧斜对转桨的设计。设计程序采用菜单，并自动生成前后桨三投影图。还计算了桨叶重量与惯性矩，更符合工程实用。     

全方向推进器非定常水动力性能的面元预报方法

研究了全方向推进器非定常水动力性能的面元预报方法,基于螺旋桨面元法建立了全方向推进器的非定常水动力性能计算的数学模型,对全方向推进器的非定常水动力性能进行了数值预报。采用了关于扰动速度势的基本积分微分方程,并采用双曲面元以消除面元间的缝隙。用Newton-Raphson迭代过程在桨叶随边满足压力Kutta条件。在计算面元的影响系数时,应用Morino导出的解析计算公式加快了数值计算的速度。为避免数值求导中的奇异性,用Yanagizawa方法求得物体表面上的速度分布。本文计算结果与日本水池模型试验结果、升力线方法计算结果及升力面方法计算结果进行了对比。     

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。     

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。     

与粘流耦合的导管螺旋桨升力面设计方法

针对导管螺旋桨这类组合式推进器的设计问题,采用了粘流CFD与传统的势流升力面设计相耦合的方法来计算,以此来考虑船体及其附体与推进器的相互作用,以及流场粘性的影响,解决设计所需的实效进流场的问题,并采用此方法作了导管螺旋桨的设计和模型试验.     

螺旋桨非定常性能的面元法预报

采用扰动速度势面元法预报螺旋桨非定常性能,桨叶、桨毂和尾涡面由双曲四边形面元进行离散,对时域内非定常问题的求解采用时间步进迭代方法,建立了桨叶随边非定常等压库塔条件的非线性迭代结构,使迭代求解更加有效、快速和稳定.预报结果与测试结果或其它数值结果比较是令人满意的.     

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.     

拖式吊舱推进器的非定常水动力性能

应用升力面理论涡格法和面元法,建立了拖式吊舱推进器非定常水动力性能的数值计算方法。螺旋桨桨叶采用升力面理论涡格法计算,吊舱舱体及支架采用HESS-SMITH面元法计算,螺旋桨与吊舱及支架之间的相互影响通过迭代计算来处理。针对拖式吊舱推进器,通过系统的计算和分析,研究了螺旋桨负荷、吊舱和支架诱导速度各分量以及标称与实效诱导速度对其水动力性能的影响。研究表明,就吊舱及支架的实效诱导速度而言,轴向及周向诱导速度主要由支架引起,径向诱导速度主要由吊舱舱体引起。当考察吊舱推进器的定常水动力性能时,可略去吊舱诱导速度的径向及周向分量;考察非定常性能时,可略去径向分量,但应考虑周向分量的影响。以吊舱及支架的标称诱导速度作为进流,将导致非定常推力、扭矩的平均值降低,脉动量幅值减小,因此,虽然标称诱导速度容易得到,但据此进行吊舱推进器的性能预报或设计都会引起一定的误差。非定常水动力的脉动幅值取决于船尾伴流与吊舱诱导速度的相对比例,略去吊舱诱导速度会导致桨叶非定常力的变化特征发生较大变化。     

全方位推进器水性能理论预报

本文应用升力线理论建立了全方位一推进器水性能计算的数学模型，对其在非定常情况下水动力性能计算进行了理论推导，分析了推进器各参数对水性能的影响。数值计算结果表明，本文的全方位推进器水动力性能理论预报趱实验值吻合良好     

可调螺距螺旋桨水动力性能分析

利用面元法分析可调距螺旋桨的水动力性能.计算过程中,采用较为简捷的关于扰动速度势的基本积分微分方程,并采用双曲面形状的面元以消除面元间的的间隙,Newton-laphson迭代过程被用来在桨叶随边满足压力Kutta条件,使桨叶上下表面的的压力在随边有良好的一致性,同时用模拟物体真实行状的面元法来解决调距桨在螺距变化时的叶剖面畸变的问题.用Morino导出的解析计算公式来计算面元的影响系数,加快了数值计算的速度.以无厚度线性尾涡模拟桨叶泄出涡.调距螺旋桨最佳转轴位置由理论方法求出,使得桨叶的转叶矩为零.计算过程中计入了桨毂的影响,并分析了桨毂对桨叶表面压力分布的影响.最后给出了调矩螺旋桨水动力性能随随螺距的变化规律,并和试验结果作了比较分析.     

对转螺旋桨升力面设计方法

本文针对对转螺旋桨这类组合式推进器的设计问题,采用了升力面设计方法进行设计,在设计过程中通过前后桨的相互迭代求出彼此间的诱导速度,以此来考虑它们之间的相互作用,并采用此方法作了一对对转螺旋桨的设计,同时应用面元法进行了水动力预报。     

螺旋桨升力面理论边值问题的精细化处理

本文对螺旋桨升力面理论的边值问题,用全三维的边界条件,以及引入Kinnas的三维厚度影响计算到边界条件中提出了计算方法的途径.它可应用于正问题和逆问题的求解中.     

导管螺旋桨的非定常性能预估

应用非定常升力面理论与非定常面元法，在时域范围内通过迭代计算考虑桨和导管的相互影响，对导管螺旋桨的定常性能进行了预估。采有了一个修正的螺旋桨尾涡模型，来模拟导管螺旋桨尾涡片的扭曲变形衣分离现象。桨泄出涡与导管泄出涡之间的非定常干扰采用了两种处理方法：（1）时域内严格匹配；（2）时域内简化处理。泄出涡的简化处理在允许的计算精度范围内，能大幅度地减少计算时间。对JD简易导管螺旋桨的计算表明，本文所建立的方法能较好地预估导管螺旋桨的定常及非常性能。