圆柱形刀具侧铣船用螺旋桨原理与方法

针对船用螺旋桨设计时给出的切面型值点,采用三次均匀B样条拟合技术,得到了螺旋桨叶面和叶背的拟合曲面．针对目前螺旋桨加工中存在的加工精度和效率较低、需多次装夹、适用范围有限等缺点,在分析螺旋桨桨叶曲面特征的基础上,提出了基于圆柱形刀具二阶密切加工螺旋桨的方法．采用这种方法,工件只需一次装夹,即可完成全部表面的加工;同时由于刀具与桨叶曲面保持二阶密切,在保证加工精度的前提下可以显著提高加工效率．该法尤其适用于大盘面比螺旋桨的加工．     

铺层结构对复合材料螺旋桨水动力性能的影响

基于面元法及有限元方法,采用分区迭代方式开展复合材料螺旋桨流固耦合分析,重点讨论了材料纤维角度和结构铺层方式的影响.针对桨叶剖面变厚度特征与单层材料有限厚度之间的矛盾,提出了更具实用意义的沿叶面往叶背方向逐层退化的铺设方式,并发现该铺设方式复合材料螺旋桨流固耦合性能主要受靠近叶面的铺层结构控制.后续铺层结构优化设计中可仅考虑近叶面若干铺层以节省计算工作量.     

基于CFD的导管螺旋桨桨叶折断故障监测与诊断研究

利用Fluent软件对导管螺旋桨进行三维非定常的数值计算,设定压力脉动监测点,并对提取的压力信号进行FFT变换,分析导管螺旋桨在正常工作和桨叶折断故障状态下的频谱特征,以此提出导管螺旋桨桨叶折断故障预测的CFD数值模拟方法。     

基于CAESES的船用螺旋桨三维建模研究

为实现船用螺旋桨快速、准确地三维建模,本文以KP505桨为例,基于CAESES软件提出了一种快速生成螺旋桨实体模型的方法。首先以Fortran编程语言为主体,通过输入螺旋桨的几何参数求解全局坐标系下桨叶表面网格点的空间坐标,然后采用Excel对空间坐标值进行二次处理得到符合CAESES的输入文件,将文件内容输入CAESES的feature中,执行相应的操作命令生成完整的螺旋桨实体模型,最后运用CFD方法对模型的敞水性能进行计算,通过与试验结果进行比对验证建模方法的准确性。结果表明:该方法能有效提高螺旋桨的建模效率,简化设计过程。     

基于UG/Grip的船用螺旋桨铸造工艺型值处理技术

为解决船用螺旋桨铸造前的计算机工艺辅助设计问题,采用UG/Grip二次开发技术探讨螺旋桨铸造工艺模型的建立及虚拟测量的关键技术,实现桨叶导、随边及叶背、桨毂的缩尺和加工余量的正确处理,并实现了对桨叶三维型值点的虚拟测量,从而使螺旋桨工艺辅助设计过程变得更加方便、科学、准确.     

螺旋桨强度的厚壳元分析

本文介绍厚壳元形式的有限元方法,用来对螺旋桨强度进行数值分析。在编制螺旋桨应力分析的计算机程序时,考虑到螺旋桨叶几何形状复杂,为大幅度减少输入数据,加入自动生成桨叶弦向展向网格上坐标值的前处理子程序。用此计算机程序计算了文献[4]提供的实例,与实验结果比较表明本计算所得到的螺旋桨桨叶位移和应力与实验结果吻合良好。与板壳元法和三维曲面元法计算结果比较表明本方法与三维曲面元法一样,比板壳元法有更高的精度,而计算所需机时比三维曲面元法更省。     

集中冰载工况下的桨叶边缘强度校核方法

在冰区桨设计过程中,往往需要对其桨叶边缘区域进行强度校核,防止与冰块接触过程中桨叶边缘出现缺口,对螺旋桨的水动力、空泡、噪声等性能产生影响.为了能够快速实现桨叶边缘强度校核,基于IACS URI3规范和有限元法(FEM),建立了集中冰载工况下的桨叶边缘强度校核方法.针对螺旋桨几何结构特殊性,将桨叶沿径向、弦向以及厚度方向划分成一系列八节点六面体单元,发展了螺旋桨有限元网格自动剖分方法,可以根据加载位置合理地进行网格划分,以FEM计算集中冰载作用下的桨叶应力和变形分布.以PC3级冰区桨为例,开展了桨叶边缘强度的分析和校核.计算结果表明:在集中冰载作用下桨叶边缘区域有较大应力集中,容易造成桨叶边缘区域的损坏.     

融合升力线理论和雷诺时均模拟在螺旋桨设计和 水动力性能预报中的应用

同时采用Lerbs非最优螺旋桨理论和Epps最佳环量分布理论,将螺旋桨升力线方法由初始设计应用扩展到敝水性能预报,对DTMB 4119、4381、4382和4497这4个螺旋桨的敞水性能曲线进行了预报分析.针对升力线方法在中度负载区间的适用限制和无法在黏性流场中考虑桨叶空化性能的缺陷,进一步将Epps方法与雷诺时均（RANS）模拟相结合,可明显提高低、高负载区间的敞水性能预报精度.Epps方法预报精度要高于Lerbs方法,能够满足工程初始分析需求.随着远离设计工况点（低、高进速系数）其预报误差变大,桨叶侧斜程度和纵倾存在也会增大预报误差.RANS模拟时桨叶切面型值由升力线方法提供,桨叶几何和六面体网格划分均采用程式化操作实现.在分析网格因素影响后,所得推力和力矩系数以及压力系数分布均匀与实验值吻合较好.在RANS模拟中加入混合物均相流空化模型后,可定量得出桨叶梢涡涡束在一定距离内的螺旋轨迹.结合桨叶最大负载截面的空化斗性能和梢涡涡束最小压力点幅值,可相对判定桨叶空化性能.构建了基于水动力性能评价的螺旋桨参数化设计和非空化与空化性能预报的数值平台.
     

桨叶变形对复合材料桨水动力性能影响

采用面元法与有限元法相结合的方法,对复合材料螺旋桨桨叶变形与水动力性能之间的关系进行了研究.利用基于速度势的低阶面元法对螺旋桨的受力特点进行分析,在此基础上给出复合材料螺旋桨性能提升的原理性说明;假设厚度分布与拱度分布不发生变化,推导了桨叶变形后螺旋桨几何参数的数学表达式;以某型螺旋桨为对象,利用建立的流固耦合算法,研究了复合材料螺旋桨桨叶变形特性及变形对水动力性能的影响,并给出了螺旋桨在不同工况下的最佳几何形状.研究表明:螺旋桨在不同工况下均具有最佳几何形状,相比于刚性桨,处于最佳形状的螺旋桨其效率均有提升,离设计工况点越远效率提升越明显.     

螺旋桨多种工况敞水性能数值预报

为快速、简便、低成本地获取螺旋桨多种工况下推力系数和转矩系数,根据螺旋桨基本参数,推导并建立空间三维螺旋桨型值点数学模型,并采用Matlab语言进行编程,将计算得到的型值点导入前处理软件,建立光滑的三维螺旋桨模型.以某型AU桨为研究对象,运用计算流体动力学(CFD)方法对其在黏性流场中的正车前进、正车后退、倒车前进及倒车后退4种工况的敞水性能进行数值模拟,给出不同进速系数时的推力系数、转矩系数、桨叶表面压力分布.结果表明,绝大部分计算值与试验值吻合良好,可满足工程应用的要求.     

水下滑翔机低速螺旋桨的推进效率

为了研究混合驱动型水下滑翔机低速螺旋桨的几何设计参数,了解其与推进效率的关系,通过螺旋桨曲线算法计算桨叶特征点,并建立三维模型,基于升力线理论研究螺旋桨直径、转速、叶宽分布、厚度分布等几何参数对螺旋桨水动力性能的影响,运用流体力学仿真分析软件验证螺旋桨的水动力性能。对比分析结果可知:直径及转速对螺旋桨推进效率影响较大,叶宽及厚度分布对其影响较小;根据流体力学分析可知桨毂对螺旋桨推进效率有一定的影响,同时可得低速情况下推进效率较高的螺旋桨叶片设计参数。结果表明,低载荷螺旋桨在低转速、大直径、小叶宽分布、小厚度分布下的推进效率较高,可达0.73。     

基于UG/Grip的船用螺旋桨三维建模关键技术

为建立精确的船用螺旋桨三维模型,采用UG/Grip二次开发技术探讨了船用螺旋桨三维建模的关键技术,实现了对桨叶叶尖、导(随)边缘过渡、防鸣音随边、根部过渡等关键部位的合理处理,建立了精确的三维螺旋桨模型.     

A Semi-Automatic Thickness Inspection Technique for Marine Propellers

This paper describes the design and development of a Semi-Automatic Precision Caliper System to measure the thickness of an outboard marine engine propeller blade. Several commonly used methods for measuring the thickness of a propeller blade are reviewed in this paper. These include the P rops Scan, 3D Vision System and Black Dog. However, the operating practices and availability of different facilities in industry necessitate a more cost-effect ive approach. An alternative method using a Semi-Auto...     

基于拓扑优化技术的导光板散射网点设计方法及其实现

为了解决机舱导光板传统设计方法下出光不均匀问题,根据球面点光源在空间中的光学传播特性以及导光板散射网点的散射原理,建立了三维坐标下的光照度模型,将拓扑优化理论与出亮度-网点直径数学模型相结合,以导光板散射网点直径为设计变量,以光照度-网点直径数学模型为目标函数来建立拓扑优化模型,推导出了一种基于拓扑优化方法的导光板散射网点出射照度的最优化设计方法。利用MATLAB编程对模型进行最优化求解和仿真,对仿真结果进行归一化,最终得到基于MATLAB程序下的导光板散射网点模拟仿真效果图,实现了通过导光板反射光的亮度最均匀化。将仿真结果与现有传统的光学软件下的结果进行对比,显示该方法下的散射网点仿真效果及出光均匀度优于传统光学方法下的仿真效果。     

对转桨整体定常面元法

从对转桨(Contra-Rotating Propeller,CRP)几何特点和面元法基本求解公式出发,提出了一种将对转桨的前、后桨作为整体求解的定常面元法.运用此整体面元法计算了美国泰勒水池2组对转桨的敞水性能,同时与试验结果和迭代面元法计算结果进行了对比.对比结果表明,整体定常面元法的计算精度与迭代面元法的计算精度相当,但整体面元法的计算时间约为迭代面元法计算时间的1/2,且整体定常面元法避免了前、后桨迭代的步骤,为对转桨优化设计以及混合式CRP推进系统的设计分析提供了高效的数值手段,且分析了整体定常面元法的计算误差.     

交互式平行坐标多维电磁态势可视分析

针对传统分析手段难以满足综合快速感知多维战场电磁态势的需求,提出三维战场空间与交互式平行坐标联动表现的可视分析方法：改进平行坐标的交互式查询方法;提取战场电磁态势要素,将其定量映射到平行坐标中进行多维展现;通过平行坐标与三维场景联动,从不同角度对电磁态势进行可视分析;引入时间维展现电磁态势的动态变化趋势。实验表明,交互式平行坐标多维电磁态势可视分析方法能有效加快电磁态势感知过程,适合于复杂电磁环境下指挥作战应用。     

螺旋桨的四象限推力系数和转矩系数的Matlab实现方法

针对船舶四象限螺旋桨推力系数和转矩系数的计算问题,提出一种基于Matlab的实现方法,将已有数据保存为Excel文档,建立Matlab与Excel的读取通道,然后在Matlab环境中制作操作界面,根据界面中输入的螺旋桨参数利用计算机在数据中进行检索、内插,从而达到直接计算上述系数的目的.通过计算实例和螺旋桨敞水试验结果的比较,可以看出程序设计思想和计算方法是合理的,所得计算结果的精度完全能够满足船舶动态仿真的需要.     

调距桨锁轴拖带工况最小拖桨阻力和水动力矩

采用计算流体力学方法,对某典型5叶调距桨锁轴工况拖桨阻力以及相应的水动力矩随螺距和进流速度的变化特性进行了数值计算,分析了这些特性的流体力学机理. 数值计算基于有限体积法,通过数值求解螺旋桨周围三维黏性不可压缩流场RANS方程来模拟螺旋桨在各种工况下的流动特性. 计算结果表明：来流速度相等时该调距桨在最大正车螺距时拖桨阻力最大,其幅值约占同航速下船体阻力的80%,水动力矩也最大;在最大倒车螺距时拖桨阻力最小,其幅值约占同航速下船体阻力的50%,水动力矩比最大正车螺距时显著减小;零螺距时拖桨阻力大小居中,而水动力矩最小,接近为零. 上述结论可为船舶动力装置部分桨工况时联控曲线的设计和锁轴机构的设计提供理论参考.     

基于MATLAB的波导和谐振腔内能量传输仿真

利用MATLAB软件的图形技术对波导和谐振腔内的时变电磁场的能量传输三维空间分布进行仿真,将抽象的电磁场能量概念形象化、可视化,有利于对电磁波能量传播特性的理解。通过亥姆霍兹方程和导体表面边界条件,求出矩形波导和谐振腔内电磁场分布,然后求出坡印亭矢量分布。在此基础上,利用MATLAB对TE33波模进行仿真,可以清晰看出TE33模在沿波导的横截面只发生电磁能量交换,能量沿轴向方向传输;而在谐振腔中TE33模不仅在沿谐振腔横截面只发生电磁能量交换,在纵向也只有电磁能量相互转换。