导管式调距桨水动力性能的数值预报分析

采用全结构化网格,利用稳态多参考系(MRF)方法,对普通调距桨和导管式调距桨变螺距下的水动力性能进行了有效预报.首先对普通调距桨水动力性能进行了计算,计算结果与试验数据符合良好.结果表明:进速系数较小时,较小螺距角才能使螺旋桨的效率达到最大,而进速系数较大时,较大螺距角才能使螺旋桨的效率达到最大;通过分析桨叶表面压力变化,发现螺距角变化较大时,叶表面压力变化不均匀,可能导致噪声性能恶化.随后计算了导管式调距桨的水动力性能,分析得出:随着螺距角减小,导管推力也减小,且大进速小螺距角时,螺旋桨效率下降迅速.最后分析了导管式调距桨的尾流场,得出了尾流场速度随螺距角变化的一般规律.     

流固耦合作用下的碳纤维螺旋桨多目标优化

为提高碳纤维复合材料螺旋桨的推进效率,达到设计要求,采用面元法与有限元法相结合的流固耦合分析方法对碳纤维螺旋桨进行水动力性能分析.引入近似模型技术,同时考虑桨叶几何参数和碳纤维材料铺层角度对螺旋桨水动力性能的影响,借助iSIGHT软件构建起基于响应面近似模型碳纤维螺旋桨多目标优化策略,并以深潜水器螺旋桨优化为例进行了碳纤维螺旋桨的多目标优化分析.结果表明:基于流固耦合分析的碳纤维螺旋桨多目标优化方法能耦合优化分析碳纤维螺旋桨的流体和结构性能,所得到的设计方案能满足设计指标中的要求,螺旋桨的各项性能指标均得到优化,并能快速高效地优化出最优的设计方案.     

复合材料螺旋桨纤维铺层的影响及预变形设计

为研究复合材料螺旋桨的预变形设计,采用面元法和有限元法相结合的迭代算法,选择两种运行工况和十种铺层方式,研究纤维铺层对螺旋桨水动力及变形特性的影响,并择其中两种铺层方式进行了预变形设计.结果表明:纤维铺层对螺旋桨的水动力性能和变形均有较大影响,仅改变材料特性难以提高螺旋桨的推进效率;不管采用何种铺层方式,变形后纵倾总是在减小,侧斜总是在增加;单向铺层的螺旋桨当铺层方向与叶梢侧斜角相近时,其抵抗变形的能力较强;组合铺层方式的螺旋桨,不同角度的铺层仍然发挥其各自的作用并影响整体变形特性,改变层间铺设顺序对几何参数变化的影响较小;经过预变形设计的复合桨,在设计工况能够实现与刚性桨等同的性能,而在非设计工况下性能优于刚性桨.     

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.     

导管结构改进后导管桨的水动力性能研究

对19A导管桨的试验模型进行改进,在导管内壁后半部分增加突起结构来提高导管桨的推进效率.应用计算流体力学中的SSTk-ω模型对19A导管Ka4-55螺旋桨的水动力性能进行计算,得到了导管桨在各个进速系数下的推力系数、转矩系数和螺旋桨效率以及导管上的推力系数.通过与实验结果进行对比,验证计算方法的可靠性.对导管改进结构参数进行优选,得到设计进速系数下效率较高的导管模型.对比结果显示:改进导管可以提高导管桨效率,设计进速系数J=0.5处,效率能够提高2.62%.通过对比改进前后导管桨压力分布和导管内速度分布,分析了改进导管桨水动力性能提高的机理.     

可调螺距桨水动力性能预报及参数影响分析

为了研究可调螺距桨调距过程中几何参数对水动力性能的影响规律,采用坐标变换原理模拟调距过程和桨叶剖面的畸变,并结合面元法理论对调距桨的水动力性能进行预报.首先将JDC7704桨在初始螺距下水动力参数的计算值与敞水实验值进行对比,验证了文中数值方法的准确性;之后在变调距角下,分析了初始设计进速系数、纵倾角、侧斜角、盘面比以及毂径比几个参数对调距桨水动力性能的影响.结果表明:水动力转叶力矩受设计进速、纵倾角、侧斜角、盘面比变化的影响十分明显;调距工况变化时,转叶力矩所受影响的程度及其趋势也会发生变化.     

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.     

螺旋桨CFD不确定度及叶形对桨叶变形的影响

为了研究螺旋桨在水动力作用下的变形特性,通过计算流体力学(CFD)理论,结合雷诺平均Navier-Stokes方程并选用SSTk-ω湍流模型对438X系列螺旋桨的敞水性能进行数值模拟;针对4381螺旋桨设计了3套网格,并进行了螺旋桨敞水性能的不确定度分析;将CFD软件计算与有限元法求解相耦合,计算所得水动力载荷通过插值技术传递给螺旋桨,以分析桨叶应力分布及其叶梢处的变形情况.结果表明,在水动力载荷作用下,复合材料螺旋桨桨叶将产生明显变形,且不同螺旋桨所产生的侧斜和纵倾等均不同,在复合材料螺旋桨的设计和流-固耦合计算中必须加以考虑.     

复合材料螺旋桨非定常流固耦合特性数值分析

针对船用复合材料螺旋桨在非均匀流中的水弹性问题,采用雷诺平均纳维-斯托克斯方法(RANS)和有限元方法(FEM)分别求解螺旋桨流场和结构场,并结合滑移网格和动网格技术,建立了船用复合材料螺旋桨双向瞬态流固耦合计算方法.以DTMB4381桨为对象,采用ANSYS ACP构建复合材料桨有限元模型,计算了正交各向异性碳纤维复合材料(CFP)桨在均匀流场和非均匀流场中的水动力性能和结构响应.研究表明:CFP桨的流固耦合效应较小,在均匀流中具有与刚性桨基本相当的水动力性能;CFP桨在非均匀流中桨叶结构响应(位移、速度和加速度)在高伴流区域、叶梢和导边区域较大,变化也更为剧烈.     

基于对飞行员工效影响的旋翼螺旋桨流动及噪声分析

倾转旋翼飞机的主要噪音来源于螺旋桨,而噪声对飞行员工效具有非常大的影响。本文在分析噪音对飞行员工效影响的基础上,使用计算流体力学(CFD)方法对优化设计的旋翼螺旋桨流场进行了计算分析。通过数值计算得到了旋翼螺旋桨的拉力特性、功率特性等气动性能参数。螺旋桨的拉力系数CT、功率系数CP都随着进速比J的增大而减小,螺旋桨的推进效率随着进速比的增大,先增大后减小,在设计点附近,螺旋桨推进效率达到0.87以上。采用Lowson方法对螺旋桨的辐射噪声进行了初步分析,随着螺旋桨转速的提高,各方位总声压级指向性一致,并有所提高。     

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。     

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.     

螺旋桨负荷系数对潜艇操纵运动的影响

论述了螺旋桨负荷系数对潜艇操纵运动的影响．通过分析试验数据,获得了螺旋桨负荷系数对潜艇水动力的改进数学模型．应用这一数学模型,对潜艇在螺旋桨变负荷情况下的大机动运动特性进行了分析,计算表明螺旋桨负荷系数对这类机动具有明显的影响．     

大展弦比复合材料机翼的突风响应

大展弦比复合材料机翼受到的载荷主要来源于突风,较大的突风响应会影响飞机的飞行性能和安全性.为此建立了大展弦比机翼突风响应的分析方法.对于离散突风,通过时间积分得到响应的时间历程;对于连续突风,由频响函数求得响应的功率谱密度.以某机翼为例进行了数值计算,得到了不同突风速度、不同铺层角下,机翼的突风响应.结果表明,对于离散突风,翼尖的最大加速度和翼根最大弯矩都随突风速度的增加而增加,铺层角对翼尖处的最大加速度影响不明显,但对翼根弯矩有较明显的影响;对于连续突风,随着铺层角的增加,翼尖响应的均方值有明显的增加.     

基于面元法的吊舱推进器性能计算

为研究吊舱推进器性能,应用势流面元法开发了定常流中计入吊舱与螺旋桨桨叶相互作用的水动力性能计算方法.基于格林定理,考虑了分布在桨叶、桨毂、吊舱、支架的定常源和偶极子的联合作用,以及推进系统尾流场中偶极子代表的势流绕流的相互作用.对库塔条件进行设定,并基于三维问题的考虑,计算中引入了横向流的影响,保证随边单元上的压力相等.为满足推型吊舱螺旋桨设计的需要,给出了有关水动力和压力分布的数值模拟结果.计算结果与相应的试验数据的比较表明,计算误差在5%以内.     

定子参数变化对前置定子导管桨性能的影响

采用RNG (Re-Normalisation Group)k-ε两方程模型对前置定子导管桨湍流特性进行数值模拟,并分析其水动力性能.通过与试验结果和势流理论结果的对比,验证了黏流理论预报结果的准确性和有效性.对不同定子安装角、不同定子翼型切面厚度以及不同定子叶片数目的前置定子导管桨敞水性能进行黏流理论预报,并分析了这些几何参数对前置定子导管桨性能的影响规律.
     

基于ANSYS的双闭室复合材料薄壁梁的振动模态分析

基于ANSYS软件对双闭室复合材料箱型薄壁梁进行模态分析。首先,建立双闭式箱型复合材料薄壁梁的模型,然后,针对两种铺层方式以及不同的纤维铺层角,分别对薄壁梁进行模态分析,揭示复合材料的铺层方式以及铺层角度对双闭室箱型薄、壁梁的固有频率、模态振塑的影响。     

泵喷推进器空化特性数值分析

利用基于Rayleigh-Plesset方程均质多相模型和滑移网格技术,对某泵喷推进器进行了三维全通道定常湍流计算,得到了其在空化条件下的性能特征.分析了转速、空泡数和进流速度对泵喷推进器的空化特性的影响.计算结果表明,泵喷推进器叶片发生空化时,推进器的推力和转矩明显下降,进而引起敞水效率的降低且降低幅度达15%以上;同一空化数下,随着转速的增加,泵喷推进器叶片的空化现象趋于明显;同一转速下,空化数越小,空化现象越显著,当空化数大于某一个特定值时,叶片的空化现象消失.