非空泡螺旋桨低频线谱噪声时域预报方法

针对非空泡螺旋桨的低频线谱噪声特点和数值处理方法,用基于速度势的面元法和噪声时域预报方法进行了研究.用面元法对非均匀流场中的螺旋桨非定常压力分布进行计算,将计算得到的压力时域信号输入到噪声积分方程中,可以得到螺旋桨诱导的噪声声压,该方法直接将噪声源分布在真实的螺旋桨表面而非螺旋桨的拱弧面,对噪声源和观测点的距离没有作任何近似,并可以考虑桨毂对噪声声压的影响.通过对计算结果的比较和分析,说明在非空泡条件下,桨叶厚度、桨毂负荷和桨毂厚度引起的噪声声压非常小,对螺旋桨低频线谱噪声总声级的贡献可以忽略不计,高阶叶频声压级比一阶声压级明显要低,一阶叶频声压级在桨轴方向上最大,在桨盘面方向最小.     

环流理论与泵理论相结合的导管桨设计优化

针对导管桨的设计和优化问题,提出了螺旋桨环流理论、泵升力法相结合的方法。在设计过程中,采用升力线理论变分法求解最佳环量、泵升力法设计桨叶剖面、面元法预报导管桨性能和流场,通过迭代的方式获得推进性能收敛的导管桨。应用该方法对某案例进行了导管桨设计,并采用CFD方法对设计结果进行了验证,结果表明：该方法设计的导管桨能够满足设计要求;与其他方法设计结果对比表明,采用该方法设计的导管桨推进性能和空泡性能更好。     

均匀流场中螺旋桨线谱噪声的频域预报方法

为研究均匀流场中的螺旋桨远场辐射线谱噪声,在Lighthill声类比理论和FfowcsWilliam-Hawkings方程的基础上,应用带有平均流效果的格林函数,建立了螺旋桨线谱噪声的频域预报理论,突破了现有理论需要假设薄机翼和必须在投影平面对声源进行积分的界限,允许在螺旋桨真实叶表面对声源进行积分.数值计算及与实验结果的比较表明,该频域方法是有效的,并且具有相当高的预报精度.对线谱噪声指向性分析表明,最大值与螺旋桨轴垂直,并且随频率增加主瓣宽度相应减小.     

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。     

剪切层形态对声波传播与声源定位的影响研究

声学风洞开口实验段的剪切层形态对气动噪声测量及声源定位有重要影响。以平行剪切层和扩张剪切层为对象研究了剪切层的厚度、扩张角、强度等因素对声波穿过剪切层传播规律以及声源定位的影响。剪切层的流场采用自相似的速度分布来构造,声传播模拟采用带源项的线化欧拉方程,声源定位使用基于Amiet理论的波束成形技术。研究结果表明:采用高精度的数值方法可以很好模拟声波穿过剪切层产生的折射、反射等现象;剪切层厚度、扩张角和强度等的变化对使用简化对流波动方程预测的垂直入射区影响较小,对上/下游区域影响较大,这主要体现在剪切层的存在改变了声传播的相位;剪切层厚度、扩张角和强度的增加,造成声波穿过有/无厚度剪切层的声场差别增大、基于Amiet理论定位的声源相对实际声源的位置偏移量增大。     

HCRSP推进器操舵工况空泡性能数值模拟

为了解HCRSP推进器操舵工况的空泡性能,首先对E779A桨空泡性能进行了数值模拟,验证了算法的有效性,其次对混合式CRP推进器空泡性能进行了数值模拟。发现HCRSP推进器在操舵工况下前桨空泡基本不受后桨、吊舱影响,后桨空泡形态受前桨、吊舱和偏转角影响,空泡面积随周向角脉动变化。网格划分采用结构化重叠网格,提高了吊舱偏转后的网格质量和网格生成效率。本文的研究结果为HCRSP推进器的设计提供了参考。     

混合式CRP推进器操舵工况空泡性能数值模拟

为了深入地了解混合式CRP推进器操舵工况的空泡性能,基于对标模E779A桨空泡性能的数值模拟,对该型推进器的空泡性能进行了数值模拟。发现混合式CRP推进器在操舵工况下前桨空泡基本不受后桨、吊舱影响,后桨空泡形态受前桨、吊舱和偏转角影响,空泡面积随周向角脉动变化。网格划分采用结构化重叠网格,提高了吊舱偏转后的网格质量和网格生成效率。本文的研究结果为混合式CRP推进器的设计提供了参考。     

肥大型船伴流场数值模拟的网格划分方法研究

船体伴流场的预报与分析,对于螺旋桨的减震降噪、螺旋桨推进效率的提高是至关重要的.为寻求适合肥大型船伴流场的数值预报方式,使用通用CFD前处理软件ICEM CFD探讨了某肥大型船伴流场数值模拟的网格划分方法,并对影响该肥大型船尾部伴流场的一些关键网格的划分做了比较和分析.通过不同网格划分方法所得到的数值结果与实验结果的比较,得出了适合肥大型船伴流场的网格划分方法.同时,为验证该网格划分方法的适用性,对某化学品运输船和集装箱船的桨盘面伴流场进行了预报,其结果与试验值符合良好.三条船伴流场的数值结果表明,该网格划分方法在肥大型船粘性伴流场的预报上具有适用性.     

导管桨周围流场的数值模拟

采用基于RANS方程的雷诺应力模型(EARSM)对导管桨的敞水性能及周围流场进行了数值计算,计算网格采用全结构化网格,网格的划分考虑了导管与桨叶间隙的边界层的影响。在设计进速下,桨叶敞水性能的误差小于2%。对导管桨的周围流场进行了模拟,尤其对导管桨尾部涡系进行了系统研究,计算结果与试验结果吻合较好,说明本文提出的方法可以准确计算导管桨的螺距角,为导管桨的设计及水动力性能预报提供参考。     

设计压比和转速变化对对转压气机性能的影响研究

以自行设计的双排轴流对转压气机为研究对象,采用流线曲率法对对转压气机的气动性能及流场结构进行了探索性研究,着重分析了转速调节分别对两排转子出口速度、出气角以及扩散因子的影响,结果表明:两排转子的转速互相依赖,在量级上不宜相差的过大,否则流场极易发生分离或畸变;另外,可通过适当调整各排转子的压比来平衡两转子的加功量,以降低流场畸变的可能性,以上研究结论对对转压气机的设计与应用有着重要的理论意义和工程应用价值。     

点源模型在旋转声源声场计算中的推广应用

针对螺旋桨、喷水推进器、风扇等旋转机械,研究了基于点源模型的旋转声源负载噪声频域预报方法。结合点源模型理论,将旋转声源离散为均匀分布在运动轨迹上的有限个固定声源,各声源间时域的迟滞时间转换为频域的相位差,所有点声源声场的总和即为旋转声源的声场。结合自由空间旋转点源和旋转力源声场仿真计算,验证了旋转声源离散方法的准确性;计算分析了不同半径、不同频率旋转声源对离散点数的要求;以单个螺旋桨叶片为对象,提出了叶片表面旋转力源按声场网格离散和分块离散的方法,并验证了离散方法的有效性,为点源模型在旋转声源声场中的推广应用提供了前提。     

船舶艉流场受预旋定子影响试验研究

为探究船舶艉流场流动机理以及节能附体节能机理,本文以某散货船缩比模型为研究对象,在哈尔滨工程大学船模拖曳水池大型利用粒子图像测速系统开展艉流场测量试验。首先对有/无前置预旋定子的艉部伴流场分别进行了三向伴流测量试验,展现出前置预旋定子周围的流动结构,对比有/无前置预旋定子的艉流场轴向速度分布、周向速度分布、旋涡分布并提取不同半径处的轴向速度,阐述了前置预旋定子对艉流场的影响及其节能机理。研究表明:预旋定子能够在桨前产生与桨旋向方向相反的预旋流,定子中下方叶片对流场分布的影响较大,造成附近速度峰值角度偏移、峰值增加,桨盘面流体的进流速度增加,从而改善伴流条件,提升推进性能。     

基于有效帧估计和随机抽样一致性的集成目标定位方法

基于到达时差(TDOA)的声源定位是声音信号处理中一个非常活跃的研究方向,具有广泛的应用.由于实际环境中的噪声和混响的影响,声源定位是一个具有挑战性的课题.针对具有噪声和混响的室内环境提出了一种鲁棒声源定位方法.首先,通过麦克风阵列活跃性的统计建模确定包含声源信息的有效帧.接下来,基于随机采样一致性算法提出了一种鲁棒算法使用TDOA对声源进行定位.有效帧检测算法是一种无监督的方法,有效地利用了多通道信息,能够方便地应用于不同环境中的音频数据;同时,基于随机采样一致性的算法具有很强的鲁棒性,能够在具有噪声和混响的不利环境中对声源进行准确定位.实验表明所提出的方法能够显著地减少声源定位的偏差而且具有较小的标准差.     

高速列车转向架区域气动噪声源识别与分析

高速列车转向架区域为其主要气动噪声源之一,迄今为止较难描述高速列车气动噪声源特征,鲜有有效的声源识别方法。利用高速列车转向架区域以偶极子声源为主的声源特征,将气动声源等效为无数个球形声源的集合,基于声辐射与声源,声源与流场物理量之间的关系,结合流体数值仿真,建立高速列车偶极子声源识别方法,并聚焦头车转向架区域进行声源识别。同时,以涡声理论为基础,建立偶极子声源强度和流场多物理量的关系,分析流场产生声源的本质。研究表明,偶极子声源集中的位置多为迎风侧气流与壁面发生激烈作用的位置,气流与壁面发生撞击与分离是产生偶极子声源的主要原因,且在该区域涡量的变化对偶极声源强度影响最大,在不同区域,不同方向的涡量分量在起主导作用。     

新型双螺杆锚式桨的设计及搅拌流场模拟

根据高粘性流体混合机理,设计一种新型双螺杆锚式搅拌桨。利用FLUENT软件对锚式桨和新型双螺杆锚式桨进行数值模拟对比分析,研究了两种搅拌桨的流场速度分布特性,以及在不同高度和不同流变指数下,无因次轴向、径向和切向速度沿半径变化规律和搅拌桨表面压力分布。计算结果表明:新型搅拌桨在一定程度上改变了流体的流动方向,加强了轴向和径向流动,说明这种搅拌桨对提高剪切作用和向全槽范围内进行推动的循环作用有较大的促进作用;在同一种搅拌桨的流场中,非牛顿流体中的高速流体分布区域面积远大于牛顿流体中的面积,并随着流体流变指数的增大,无因次轴向、径向、切向速度的峰值也增大。     

冰桨接触的近场动力学模型

在冰桨接触过程中,螺旋桨可能承受极端冰载荷的作用,对螺旋桨结构强度以及船舶的安全运行产生严重危害。为了研究冰桨接触过程中载荷的变化情况,本文基于近场动力学方法以及连续接触检测理论,建立了冰桨接触数值预报方法。为反映冰桨接触过程中真实的物理过程,针对冰桨接触问题的特殊性,本文基于接触检测理论建立冰桨接触区域识别算法。采用FORTRAN语言编制了冰桨接触数值预报程序,并以某冰区桨为例,开展冰桨铣削工况下数值预报。计算结果表明:本文建立的方法能够真实地模拟冰桨接触过程,并能获得该过程中冰载荷的动态破碎变化过程。     

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。     

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。     

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.     

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。