非均匀来流中全方向推进器非定常水动力性能的研究

为进行安装全方向推进器的潜器运动仿真,研究了非均匀来流中全方向推进器水动力性能的面元预报方法,预报了不同轴向非均匀来流情况下全方向推进器水动力性能.基于螺旋桨面元法理论建立了非均匀来流中全方向推进器水动力性能计算的数学模型,对非均匀来流中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;并且采用双曲面元以消除面元间的缝隙,在桨叶随边满足压力库塔条件.在计算面元的影响系数时,应用了Morino导出的解析公式.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.预报了非均匀来流中全方向推进器的非定常水动力性能,并与均匀来流中全方向推进器的非定常水动力性能作了对比.计算结果表明在某些轴向非均匀来流情况下,全方向推进器水动力性能要好于轴向均匀来流时的水动力性能.     

斜流中螺旋桨非定常水动力性能的数值分析

斜流是一种相对简单的非均匀来流,其加剧了船艉伴流场的非均匀性,对螺旋桨非定常力非常不利。为了探讨斜流中螺旋桨水动力性能与受力变化的一般规律,本文对DTMB4679螺旋桨斜流中的非定常水动力性能进行计算。计算结果表明:在斜流工况下,桨叶表面压力分布不均匀,是激振力产生的根本原因,并且桨叶表面压力分布不均匀性随进速系数的减小而增大;单片桨叶的受力的脉动幅度随斜流角度的增大而增大;在不同的斜流角度、进速系数下螺旋桨涡结构云图也表现出一定的变化规律。     

柔性螺旋桨非定常流场及结构动态响应数值计算

为了研究柔性材料螺旋桨的非定常流场特性和结构振动响应,本文采用非定常CFD/FEM流固耦合方法,对均匀来流下各向同性材料柔性螺旋桨的动态特性进行了数值计算。分析了流场非定常波动量和结构振动响应之间的关系,明确了柔性叶片振动特性和流固耦合的机理。结果表明:非定常梢涡的生成与耗散对流场的波动影响较大,而相较流场负载波动,叶片前两阶湿模态频率对结构振动影响更大;柔性桨的推力波动可分解为受静压变形后的刚性桨所产生的推力与高阶频率的流场压力波动的叠加,而在均匀来流中后者数值不大,因此使用稳态流固耦合方法求解柔性桨的敞水性能是合适的。     

螺旋桨尾流场的数值分析

为了研究螺旋桨尾流场的分布规律,用数值方法计算了螺旋桨的扰动速度.在质量守恒定理和动量守恒定理的基础上建立不可压缩流体的控制方程.在数值计算过程中,采用了湍流模型和SIMPLEC算法,分析了螺旋桨的推力、扭矩以及表面压力分布情况.对螺旋桨的尾流场进行了数值计算,给出了在不同进速时螺旋桨诱导的径向、周向以及轴向诱导速度.分析了螺旋桨诱导速度的分布规律及其和进速系数之间的关系.从计算结果可以看出,进速系数越大,螺旋桨自身形状对其诱导流场的影响越大;进速系数越小,螺旋桨转速对其诱导速度影响越大.     

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％．     

太阳能无人机螺旋桨滑流气动特性分析

针对螺旋桨滑流对太阳能无人机气动性能的影响,基于结构/非结构混合网格,首先使用多重参考系方法对螺旋桨滑流进行准定常计算以获得初始流场,再使用滑移网格方法对螺旋桨的真实转动进行非定常数值模拟。采用NASA涵道螺旋桨进行算例验证,其计算结果与实验值误差仅为53%,证明了计算方法的可靠性和准确性,在此基础上数值模拟了滑流在不同转速和来流迎角下对全机气动力的影响。结果表明:螺旋桨滑流具有增升增阻的效果,且转速越高影响越显著,升力、阻力增量最大值分别达到了267%和347%,全机升阻比则明显减小,最大减小量为2626%。滑流对机翼弦向压力分布的影响主要集中在前缘,并且在螺旋桨中心轴两侧分别出现了压力最大和最小值;而越接近机翼后缘时,滑流对压力分布的影响越小。     

基于升力面理论的螺旋桨预旋定子优化

为了获得船舶最佳节能效果,螺旋桨前置预旋节能定子的参数化设计很有必要。本文基于升力面理论与CFD数值模拟,对模型尺度下的某10 000 TEU集装箱船的自航性能进行了数值模拟和节能定子优化设计。通过改变定子叶片的偏转角度,获得了不同形式的定子,并分别计算了各种定子形式下的自航因子。同时采用升力面方法计算了自航状态下各定子与螺旋桨的数值环量,分析了船身效率、相对旋转效率及推进效率随定子与螺旋桨环量比的变化趋势。通过比较不同定子形式下螺旋桨的推进效率,得出了预旋定子相对螺旋桨环量的最优环量比值范围在70%～80%,为定子的优化设计提供了理论依据。     

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。     

四桨推进船舶螺旋桨负荷数值计算分析

针对四桨船舶内外桨负荷分配不均匀的情况,本文采用混合网格技术,对四桨船舶螺旋桨水动力性能进行了计算。分析了附体以及内外桨相互干扰对螺旋桨负荷的影响,从伴流场的角度分析了内外桨负荷不均匀的原因。研究发现:前后桨之间相互影响,内后桨处于外前桨的尾流中,所以内后桨受影响更大;与螺旋桨旋转方向相反的周向预旋伴流,可有效提高螺旋桨负荷,且伴流速度越大,效果越明显。双臂轴支架位于螺旋桨近前方,对桨前伴流场具有重要影响,合理调整轴支架角度,可以达到减小内外桨负荷差的目的。     

基于CFX的螺旋桨激振力数值预报研究

基于CFX的滑移网格技术预报伴流场下螺旋桨的非定常水动力性能,为螺旋桨激振力数值计算提供可行的思路。以桨舵系统为计算分析对象,比较分析了均匀来流下螺旋桨的定常和非定常水动力性能的差别;计算了理论伴流下螺旋桨的非定常水动力性能,将所得结果与理论伴流的趋势进行了比较分析,验证了CFD计算模型的准确性。预报伴流场下螺旋桨的激振力,将计算结果与文献所给建议值进行了比较分析。结果表明,该方法可有效预报螺旋桨激振力,能够代替经验公式求解螺旋桨激振扭矩。     

船舶螺旋桨最佳环量分布的数值计算分析

对于最佳环量分布的求解,Lerbs方法是忽略纵倾与侧斜,直接以径向线作为升力线,当要考虑侧斜或纵倾对最佳环量分布的影响时,该方法就显得有些力不从心。将集中的附着涡放置在桨叶的中线即弦长中点处,并用该方法计算了纵倾与侧斜分布均为0时的最佳环量,与Lerbs方法计算的结果进行了对比,分析表明结果吻合较好。同时讨论了侧斜分布对最佳环量分布的影响及诱导速度计算中的角度步长对最佳环量分布精度的影响。     

不同铸造方法对船用螺旋桨毂成型质量的影响

采用ZCuAl9Fe4Ni4M n2铝青铜合金为结构材料,研究3种不同铸造方法对船用桨毂组织性能的影响。结果表明,重力铸造桨毂窗口下方有大量氧化夹渣存在;低压铸造容易获得组织致密、性能优良的桨毂,但工序较多;离心铸造可获得较为致密的桨毂断面组织,二次氧化夹渣状况较重力铸造得到明显改善,但离心转速超过150 r/m in时,容易产生缩孔和缩松。     

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。     

船用螺旋桨负载动态仿真装置研究

提出了一种动态仿真船用螺旋浆负载的实验装置,该装置能仿真螺旋浆在各种工况下的静,动态特性,为推进电机提供逼真的轴负载,装置的主体是转左随动系统,其反馈转矩的测量采用了转矩传感器,文章建立了系统的数学模型,设计了转矩随动系统,利用设计的装置进行了综合仿真,仿真结果与螺旋浆负载实际响应接近。     

螺旋桨性能计算的B样条网格面元法研究

螺旋桨水动力性能的准确预报对避免不良设计所带来振动和噪声,改善螺旋桨性能有着重要的意义.应用低阶速度势面元法建立了预报船舶螺旋桨水动力性能的数值方法,重点对桨叶随边和尾涡面进行研究.鉴于传统网格划分方法的不足,根据螺旋桨表面流场特性,采用B样条网格划分方法对桨叶表面单元进行剖分.文中对原有的等压库塔条件形式进行了改进,在考虑横流影响的前提下,满足随边荷载为零的条件.对计算结果与试验结果进行比较分析,表明将基于B样条的网格划分方法应用于已有的面元法程序中,能够很好地改善计算结果的精度.     

船用压水堆核动力装置双恒定运行方案下的冷却剂流量调节方案

船用压水堆核动力装置采用双恒定运行方案，蒸汽发生器一次侧冷却剂流量必须随着装置负荷按照一定规律而变化。本文对冷却剂流量调节的几种方案进行分析和比较，指出最为理想的调节方式是采用主泵变频调速。     

关于轴流泵出口环量的最优分布

本文分析得出轴面速度分布类型不同于出口环量分布类型（二次抛物线型）以及合理的轴面速度分布所取决于环量分布的计算式只给出了变环量分布应用于设计的优化模型。     

复合材料船用螺旋桨设计与CFD/FEM计算

将基于RANS方程的计算流体力学方法与有限元方法相结合,沿着螺旋桨水动力性能计算、复合材料螺旋桨建模及结构铺层设计、CFD/FEM载荷传递、复合材料螺旋桨结构力学性能计算,水动力性能收敛判定的设计分析流程,完成了某种螺旋桨桨叶的初步的设计过程.提出一种预变形策略以改进复合材料螺旋桨的综合性能.计算结果表明,该复合材料螺旋桨能够满足预定设计指标的要求,在达到传统金属螺旋桨水动力性能要求的同时,减重30%,运行效率增加.研究结果充分说明了所采用设计方法的可行性.     

计入尾涡衰减影响的船舶螺旋桨扰动场数值分析

依据库塔条件反映物理真实的基本精神,考虑尾涡强度沿流线衰减,修正了Morino数值库塔条件,建立了考虑泄出自由涡衰减影响的螺旋桨面元计算模型.主要通过数值计算结果说明涡的衰减方式基本满足指数衰减规律.将这种数值库塔条件应用到螺旋桨扰动场的数值分析中,讨论了相关参数的确定原则和具体方法,该计算模型可以较准确地预测船舶螺旋桨扰动场,为理论研究船舶螺旋桨的激振力和噪音、桨舵干扰提供了一个新途径.数值分析结果证明,考虑涡强衰减的螺旋桨面元计算模型是可行的.