桨后舵片空化的面元法数值计算方法

舵空化不仅会对舵叶产生剥蚀作用,而且还会引起船体艉部振动和噪声增大,针对舵的空化问题,建立了桨后舵片空泡的面元法数值计算方法。通过面元法对螺旋桨的水动力性能计算得到了螺旋桨表面及尾流面的奇点强度,进而得到螺旋桨的尾流场,以此作为舵的来流输入条件,再通过基于速度势的面元法对舵上的片空泡进行计算,最终得到舵片泡的范围和厚度分布。通过该方法,研究了某型船的桨后舵在各航速各舵角的片空化形状,分析了各舵角时舵的空化起始航速,形成了舵空泡的快速计算方法,该方法可以在舰船设计阶段对舵的空泡性能进行评估,为舵的优化设计提供技术支撑。     

螺旋桨空泡的数值分析

螺旋桨空泡会降低螺旋桨性能,产生空化剥蚀和噪声,从而导致船体振动.文章采用基于速度势的低阶面元法对螺旋桨水动力性能和空泡的范围及厚度进行求解,分别用Morino提出的Kutta和等压Kutta条件对压力分布进行计算,讨论了两种Kutta条件对压力分布的影响.计算了空泡产生后的压力分布,验证了在空泡表面上的压力等于水的汽化压力.对空泡起始点对空泡形状的影响进行了研究,结果表明,空泡起始点对空泡范围有很大影响,空泡起始点离导边越远,空泡范围越小.     

LES和无限元耦合方法预报螺旋桨均匀流噪声

为获取水下螺旋桨噪声数值预报的方法,通过大涡模拟(LES)和声学无限元方法耦合,对均匀流螺旋桨进行频域噪声数值预报。通过敞水性能和桨叶表面压力分布的计算结果和试验值的对比分析,证明计算方案的准确性,进而分析了螺旋桨周围流场的脉动压力,获得特征点处各阶脉动压力幅值信息。在对螺旋桨噪声性能进行分析时,从特征点的声压频谱曲线中可以获取螺旋桨各阶叶频声压级峰值信息,且可得知总声压级大小与一阶叶频(BPF)的声压值相近。同时,由声压云图的比较分析可以看出,螺旋桨均匀流噪声主要由单极子噪声和偶极子噪声组成,单极子噪声占主要部分。该方法能够较为准确的预报均匀来流下螺旋桨的水动力噪声,为实际的工程应用提供了一套可行的预测方案。     

DTMB 4119螺旋桨噪声特性的数值模拟

将DTMB 4119型螺旋桨作为研究对象,在敞水和伴流条件下分别计算水动力学特性和非空化噪声声压级. 在多个进速系数下对单桨模型的敞水性能展开验证,与文献实验值比对验证准确性后,引入FW-H声类比方程求解监测点声压及频谱. 结果表明,现有模型可以在多个进速系数下取得较吻合的数值结果;单极子和偶极子噪声频谱在低频段出现显著高于宽带的线谱噪声,频率与桨叶BPF及谐波对应. 在轴向平面内,单极子噪声声压级呈现出8字形的分布特征,偶极子噪声声压级呈现出∞型的指向性分布. 伴流场不会改变单、偶极子总声压级的指向性,但会使得各方向线谱噪声声压级趋于均匀. 在径向平面内,单、偶极子的噪声声压级指向性不明显.     

预报船体脉动压力的几种数值方法

研究螺旋桨空泡及其诱导的船体脉动压力的预报方法,对于减小其引起的船尾振动和辐射噪声是极其重要的.用螺旋桨非定常空泡的预报结果,在桨叶湿表面、空泡表面和尾涡面上布置强度已经求得的源和偶极子,用面元法计算得到无限流场中空泡螺旋桨诱导的速度势,进而求出船体表面的脉动压力.该方法还考虑了真实船体表面形状和自由液面条件,船体表面通过分布其上的奇点来模拟,通过映像法来考虑自由液面的影响.重点分析了船体表面上不同的奇点分布形式以及相应控制方程的区别,对几种方法的数值计算结果进行了比较,结果证明几种不同的数值方法计算得到的结果相差不大,可以任选一种计算公式进行计算.对一吊舱船的脉动压力进行了预报,并同模型试验结果进行了比较,两者有较好的一致性.     

汽车外场气动噪声仿真与计算

利用FLUENT软件,对汽车的外场远点噪声进行仿真计算：通过稳态计算,得出汽车车身的表面声功率和声源分布情况,对车身的噪声源进行定性分析;通过瞬态计算,得到车身外场某点噪声的声压频谱图。仿真结果表明：汽车外场气动噪声源主要来自车身前脸、后视镜、前风窗玻璃、前轮;远场点的声压级由前向后有增大的趋势,并且靠近尾部区域声压级较大,最大达90．4dB,直径10m弧线上接收点的声压级值比直径12m的要高,其差值最大达15．1dB。     

导管桨内部流场的数值计算

为研究导管螺旋桨的内流场特征,用面元法计算了导管桨中螺旋桨和导管的诱导速度.导管上采用余弦布置轴向面元、均匀布置周向面元;螺旋桨叶片上径向和弦向均采用余弦布置方法.由于导管和螺旋桨之间存在相互干扰,在研究中采用了迭代计算方法.当迭代计算结果收敛后,可以求出导管及螺旋桨表面的速度势和源汇强度,进而根据蒙瑞诺解析公式计算导管桨的内部流场.在研究导管桨内部流场的过程中,计算了导管桨的水动力性能.对桨前后不同位置导管桨的内部流场进行分析,并将其和敞水情况作了比较.计算结果表明,导管的存在使得螺旋桨的诱导流场变小,螺旋桨的存在使得导管的诱导流场变大.     

一体化推进器多特性平衡设计及试验验证

为分析一体化推进器的推进及空泡性能,基于多特性平衡设计思想,采用势流理论面元法建立了一体化推进器设计方法。对不同舵球直径时的桨舵推进系统水动力性能进行了仿真分析,确定了舵球直径对推进性能的影响规律。以舵阻力及压力系数最小为设计目标,采用速度场的迭代计算考虑桨舵之间的相互干扰,开展了舵不同展向剖面的扭曲设计。模型试验结果表明:建立的一体化推进器多特性平衡设计方法是有效的,桨舵一体化推进器可减小舵的阻力,增加螺旋桨的推力,提高桨舵推进系统效率,并显著改善舵的空泡性能。     

螺旋桨空化噪声谱模型及结构特征

为研究螺旋桨低频空化噪声线谱的结构特征,考虑了桨叶的非均匀性和空化过程的非严格周期性,改进了螺旋桨空化过程模型,用统计方法求解了空化噪声的平均功率谱.分析了典型的空化谱特征及其在舰船航行状态不稳定和存在近场干涉时的变化情况.结果表明:典型的螺旋桨低频空化噪声线谱存在能反映叶片数的成组结构;舰船航行状态不稳定时,空化过程的周期性较弱,谐波较少;声源与接收器距离较近以及双车螺旋桨是常见的近场干涉情况,此时,线谱谐波结构发生变化.航行状态不稳定及近场干涉情况下线谱谐波结构都难以反映正确的叶片数特征.     

螺旋桨诱导的船尾脉动压力的数值模拟

利用奇点分布的方法计算船尾脉动压力．在用面元法计算螺旋非定常水动力性能的基础上,在船舶尾部分面元并分布奇点,通过迭代求解船尾和螺旋桨的相互影响,在此计算过程中,采用较为简捷的关于扰动速度势的基本积分微分方程,并采用双面曲形状的面元以消除面元间的间隙,Newton-laphson迭代过程被用来在桨叶随边满足压力Kutta条件,使桨叶上下表面的压力在随边有良好的一致性,在计算面元的影响系数时,应用了Morino导出的解析计算公式,加快了数值计算的速度．从面元法的基本积分方程得到的偶极强度和源汇强度,直接求得流场中的速度分布,并以此计算船尾和螺旋桨的相互影响,得到稳定的流场以后,通过伯努里方程计算船尾压力分布,并通过傅里叶变换得到各个阶脉动压力,最后将计算结果和试验结果作了比较分析。     

基于MUSIC算法的水下噪声源近场高分辨定位方法

针对舰艇辐射噪声的能量和线谱主要分布在低频段,而常规噪声源近场定位方法在低频段很难获得到比较理想的空间分辨率,无法满足舰艇低频辐射噪声源定位识别需求问题.在研究远场平面波模型下MUSIC算法基础上,建立了基于相位和幅度联合补偿的MUSIC近场噪声源定位算法,通过仿真计算和湖试试验研究了该算法的噪声源定位性能,结果表明该...     

非定常流中桨后舵附推力鳍的数值模拟

采用基于速度势的面元法计算螺旋桨与其后舵附推力鳍的非定常水动力性能，船体对螺旋桨的影响以桨盘面处的非均匀伴流来模拟．计算了螺旋桨0．7半径处在旋转一周过程中表面压力分布的变化情况，并与试验数值进行对比．在此基础上，计算了处于非均匀来流的螺旋桨后的舵附推力鳍的水动力性能．舵附推力鳍与螺旋桨的互相干扰以迭代处理，分析了采用不同剖面的推力鳍其助推效率的变化，将鱼形鳍剖面引入推力鳍中，并对鱼形鳍随边处进行了一些修改，计算了螺旋桨在旋转一周过程中，鱼形推力鳍助推效率的变化，计算结果与相同展长、弦长的NACA0018剖面相比，鱼形鳍的助推效率增加了约30％．     

考虑非设计工况的螺旋桨优化设计方法

为提高螺旋桨的性能,研究了考虑非设计工况时螺旋桨效率的优化设计方法。以母型桨设计进速周围多个进速点对应的敞水效率为目标函数,以螺距比的径向分布为优化变量,以推力、扭矩和空泡性能为约束条件建立优化数学模型。通过对不同工况的效率值设置权重并进行加权求和的方法,将多目标优化模型转变为单目标优化模型,利用面元法求解螺旋桨的水动力性能,应用柏利尔商船限界线表达空泡性能,基于简单遗传算法对模型进行求解,得到了优化后的螺旋桨螺距比的径向分布,将考虑非设计工况与考虑设计工况下的优化结果进行了对比。对比结果表明,由于船舶航行时航速的变化,仅考虑设计工况下进行螺旋桨优化往往达不到预期的节能效果,需要综合考虑设计航速周围多个工况点对应的效率。     

对转桨无空泡噪声性能预报及影响因素分析

为了研究对转桨的无空泡噪声特性,基于普通桨的噪声预报理论与声学理论建立了对转桨的无空泡噪声预报方法,将对转桨作为声源模型,在其检测点上进行不相干声源的处理的同时运用不相干声波的叠加方法,随后,从桨叶数、桨直径、前后桨间距、伴流场等四个方面因素出发,系统分析了各个因素对对转桨无空泡噪声性能的影响。结果表明:处于流场中的桨轴方向,计算总噪声值最大,在桨盘面方向由于两桨之间的扰动,载荷噪声仍是总体噪声的主要部分。不同因素对对转桨的无空泡噪声影响各有异同,为对转桨的优化设计提供了参考依据。     

桨叶涡流场中舵表面脉动压力的数值模拟

为了探讨螺旋桨涡流场中的舵表面的脉动压力特性,本文使用大涡模拟的方法研究了螺旋桨和舵的相互作用。螺旋桨模型使用单桨叶E779A模型,使用切割体网格划分方式对流场域进行网格划分,对螺旋桨和舵附近的流场域进行网格加密,采用重叠网格方法实现螺旋桨的旋转;对桨舵干扰下的梢涡流场进行数值模拟,探讨了梢涡流场中舵表面压力的分布情况,对舵表面上的脉动压力分布进行时域和频域分析,从数值模拟结果可以看出:梢涡流经舵表面之后会产生错位现象,错位的方向与螺旋桨旋向相一致,位于梢涡流场区的舵表面上的压力具有非常强烈的周期性,而位于毂涡流场区的舵表面上的压力周期性不强。     

爪极电机气动噪声数值模拟及机理分析

通过试验与仿真相结合的方法研究爪极电机气动噪声问题.运用数值仿真软件Fluent模拟爪极电机的流场分布以及声源信息.经对比发现,边界元法相比较FW-H模型具有更高的精度,能更好地分析气动噪声产生的机理,因此选用边界元法计算声场大小.在转速为10 000r/min的工况下,对其各主要阶次噪声的产生机理进行分析,发现影响爪极电机气动噪声特性的主要包括前、后风扇,爪极以及端盖格栅分布等因素,声压较大的阶次主要包括8、11、18、36、10、9、4、12阶等.根据声源表面压力分布,结合流场瞬态计算得到的压力脉动信息可知,8、11阶主要由前、后风扇共同作用产生,18、36阶主要由爪极产生,9、10阶主要由后风扇产生,而4、12阶主要有端盖格栅影响产生.     

射流噪声场特性的试验研究

对不同喷口直径的单股亚音速射流及非设计状态的超音速射噪声场进行了试验研究，获得了射流噪声的总声压场分布特性。结合射流流场结构，速度场和湍流场实验研究结果，讨论了噪声源和声场分布特性，以及喷口直径，唇部厚度，压缩性和封闭空间对噪声特性的影响。     

舰艇辐射噪声源分离方法研究

介绍一种从舰艇辐射噪声数据中分离辐射噪声源的方法.根据不同噪声源的特征,将辐射噪声1/3倍频程谱级数据按螺旋桨噪声变化规律归一化处理来实现分离.引入无量纲频率和修正系数,给出了各工况在整个频率范围的通用归一化关系式.对艇体噪声参与形成低频辐射噪声情况,论述了螺旋桨与艇体噪声的分离原理,并采用数学逼近方法确定了艇体噪声贡献.通过确定各航速时螺旋桨噪声作用,从而实现不同噪声源的分离.     

非接触工况下冰桨干扰水动力载荷试验

由于冰块临近和阻塞效应,将在螺旋桨上产生极端水动力载荷,进而导致螺旋桨诱导的空泡、噪声以及激振力等性能的恶化。冰桨干扰作用是一个极其复杂的过程,受到诸多因素的影响,为了探究非接触工况下的冰桨干扰水动力特性,在循环水槽中搭建冰桨干扰试验台,并设计一套专门用于切削型冰模型的生成和制作的方法。通过试验重复性分析及与其他学者结果的比较,验证建立的冰桨干扰试验台的可行性。以切削型冰模型为对象,研究了非接触工况下的螺旋桨水动力载荷随冰桨间距变化的规律,探讨了不同流速对冰模型诱导的空泡的影响。试验结果表明:所建立的冰桨干扰试验方法是可行的,能够较好地用于冰桨干扰水动力试验的分析中。     

船舶螺旋桨叶片环量的数值优化

螺旋桨叶片环量分布的优化问题是船舶螺旋桨理论设计中的重要课题，以往的求螺旋桨叶片最佳环量分布的方法多基于Betz条件，因而只对均匀来流的情况是正确的。利用螺旋的升力线模型和变分法原理对螺旋桨叶片环量分布进行了数值优化。优化可分别在给定推力负荷系数和给定功率负荷系数的情况下进行。数值优化计算中计入了粘性影响和来流的径向非均匀性，并以采用镜像涡的方式考虑了桨毂的影响。在文中计算的各种情况下都得到了合理的优化结果。