船用螺旋桨理论及其应用研究进展

论述了船用螺旋桨理论设计与计算研究的进展；讨论了升力面理论方法中尾涡模式函数，面元法中的随边库塔条件的数值处理，以及纳维-斯托克斯方程方法中流域计算匹配的数值方法；给出了相关理论方法在螺旋桨水动力性能黏性修正、翼剖面二相流水动力计算和新型螺旋桨叶剖面设计开发研究中的应用实例．应用计算表明，所提供的数值方法是有效的．有关螺旋桨水动力性能的黏性修正、叶剖面二相流计算和桨叶叶剖面设计等方法，对于工程应用具有参考价值．     

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．     

非均匀流场中大功率船舶螺旋桨的理论设计

本文提供了在非均匀伴流场中大功率船舶螺旋桨的理论设计方法．对适应非均匀伴流场的螺旋桨提出三点基本要求。应用本设计方法及其计算程序对一艘二十万吨油轮进行计算．结果表明，在实桨的空泡性能及推进效率方面均有收益．应用本设计方法也曾对某舰艇的螺旋桨进行计算，结果同样是令人满意的。     

螺旋桨尾流流场的数值计算

主要研究拖船螺旋桨对海水流场的影响，计算了最大功率为1250kw／台双导管螺旋桨拖船系柱推力和轴向诱导速度，并利用PHOENICS与软件对该拖船双导管螺旋桨尾流流场进行了数值计算．计算结果表明：在系泊工况下，长80m、宽15m、深5m范围内，拖船螺旋桨对海水流场影响较大，螺旋桨后112．5m的海域，螺旋桨的影响已不明显．     

螺旋桨自身参数对空泡性能的影响分析

为了研究盘面比、纵倾、螺距比与侧斜对于螺旋桨空泡性能的影响，采用粘性计算流体力学方法开展了系列的数值计算分析．采用结构化网格方案，并将桨叶表面以及桨毂表面的网格进行加密．通过把4种湍流模型的计算结果与实验值对比，选择出合理的湍流模型．而后通过调整参数输入，分别改变盘面比、纵倾、侧斜和螺距比，比较螺旋桨表面空泡分布的相应变化，从而得出一些有价值的结论，为螺旋桨理论设计中参数的初步选择提供依据．     

大型船用螺旋桨的凝固控制

在大量测温及对螺旋桨铸件本体解剖的基础上，发现黄铜大型螺旋桨铸件的内 部，常有铁元素偏析、桨叶晶粒组织不良以及缩松等缺陷。为了提高大桨铸造质量， 建议使用冷铁或激冷材料，控制铸件的凝固过程。为此，专门浇注了一个试验桨，在 桨叶上不加冷铁、单面加冷铁和两面加冷铁。对桨叶断面上成分偏析和晶粒组织的各 种情况进行了研究。并且，通过数字模拟铸件凝固过程的电子计算机方法、合理的配 置冷铁，控制螺旋桨的凝固方向。 研究表明： １．采用冷铁可以有效的控制黄铜大型螺旋桨的晶粒组织及部分铁元素形成的宏 观偏析。 ２．现行大桨的铸造工艺常常难以消除热节处的缩松、缩孔，因而，应当采取措 施如使用冷铁或其他激冷材料，控制大型螺旋桨铸件的凝固顺序。 ３．大型螺旋桨可通过数字模拟铸件凝固过程的电子计算机方法，合理地设计冷 铁的数量和位置，以控制其凝固过程．     

吊舱对螺旋桨水动力性能的影响

基于单桨式吊舱推进器定常水动力性能的理论计算方法及试验，探讨了吊舱对螺旋桨水动力性能的影响。性能理论计算中螺旋桨采用升力面理论涡格法，吊舱采用面元法，对螺旋桨与吊舱的相互影响进行了时间平均及迭代处理。通过计算分析了吊舱对桨叶载荷分布的影响，以及吊舱引起的伴流分布特性。     

考虑螺旋桨水动力的双桨船操纵运动数值模拟

针对实桨法模拟螺旋桨旋转计算效率低且双桨船尾流场复杂,而螺旋桨体积力法一般不考虑操纵运动下尾流场不均匀性对螺旋桨水动力性能影响的问题,采用RANS方法、重叠网格技术和螺旋桨体积力法,以DTMB5415M为研究对象,进行了双桨船操纵运动数值模拟研究．首先,对DTMB5415M进行了约束模试验数值模拟,以求取操纵运动下螺旋桨的水动力性能,从而建立操纵运动下的螺旋桨修正体积力模型;然后,将该螺旋桨修正体积力模型和原螺旋桨体积力模型分别用于DTMB5415M的操纵运动数值模拟．结果表明：螺旋桨修正体积力模型相比原体积力模型考虑了船尾伴流场不均匀性对真实桨侧向力和推力的影响,可以较准确快速地进行船舶操纵运动数值模拟．     

垂直起降无人机涵道螺旋桨系统特性及计算方法研究

涵道风扇垂直起降无人机不同设计阶段对升力系统特性的精度要求也不同.为寻求具有一定可信度的涵道螺旋桨特性不同计算方法,在螺旋桨动量理论的基础上,通过引入轴向功率系数,建立了考虑气流旋向运动的涵道螺旋桨动量理论模型.分析了拉力比例因子等参数对升力系统总体特性的影响.在研究翼型大迎角特性的基础上,建立了以诱导速度为求解参数的涵道螺旋桨修正动量—叶素理论模型.基于非重合滑移网格技术,通过求解旋转参考坐标系下的N-S方程,进行了涵道螺旋桨非定常数值模拟.计算结果表明,基于修正后的动量-叶素理论计算结果更接近真实情况.在总体设计阶段可以提供具有一定可信度的涵道螺旋桨基本特性.数值模拟结果和试验结果较吻合,可以为详细设计阶段提供计算依据.     

影响导管桨内部流场的几个因素

用理论方法计算导管桨的内部流场,研究几个重要因素对内部流场的影响,以期获得导管桨内部的流体运动规律．用迭代方法分析螺旋桨和导管的相互影响,迭代计算结束后求解螺旋桨和导管表面的偶极强度和源汇强度,根据蒙瑞诺公式计算螺旋桨和导管的诱导速度,即可得到导管桨的内部流场．以面元法为数值求解方法,编制计算程序,研究影响导管桨内部流场的几个因素,包括螺旋桨的盘面比、叶数和导管的形状、位置．结果表明,上述参数对螺旋桨内部流场的大小和周期均有很大的影响．     

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．     

螺旋桨性能计算及设计的升力面方法

本文利用Kerwin尾流模型,对螺旋桨性能进行升力面数值解,并进行了理论设计螺旋桨的研究,编制了相应的螺旋桨性能计算、理论设计的计算机程序,给出了对AU 型、DTNSRDC 桨的计算实例,并与相应的试验结果和其它方法的计算结果分别进行了比较。同时,给出了一个螺旋桨的理论设计结果。性能计算及理论设计的数值结果表明了本文计算方法的可行性。     

螺旋桨三因次空泡斗计算

本文应用守屋任意翼型绕流理论和相当二元直翼概念，结合本室研究的升力面理论给出了螺旋桨三因次空泡斗计算方法。计算结果与实验值吻合良好。对常用螺旋桨叶剖面给出了空泡斗回归计算公式。     

POD推进器推进性能预报理论研究

基于已有的螺旋桨数字计算方法,建立了POD推进器定常水动力性能的理论计算方法,并进行了实例计算,其结果与试验相比具有较高的精度．应用升力面理论涡格法和面元法探索了POD推进器的定常水动力性能预报理论方法．     

水陆两栖滑板车

这种水陆两栖滑板车可用于地面．就像一个正常的滑板车。通过两个枢纽电动机还可以作为螺旋桨在水中游泳，为孩子们带来无限乐趣。     

螺旋桨适伴流理论设计及参数优化设计

螺旋桨运转于舰艇艉后不均匀流场中,不均匀的流场对螺旋桨的空泡、噪声、振动以及水动力性能产生重要影响。而船舶螺旋桨适伴流理论设计及参数优化设计的目的就是在精确预报船舶艉后伴流场的条件下,合理地设计螺旋桨,使设计桨适合于所在伴流场下的运转。将伴流谐调分析法、螺旋桨侧斜及纵倾选择原则、升力线程序、升力面程序和非定常面元法程序、螺旋桨参数优化设计程序相结合,建立了螺旋桨适伴流理论设计及参数优化设计的系统,对大侧斜螺旋桨(highly skewed propeller, HSP)再设计为例,验证该系统的有效性。该系统为实现对潜艇螺旋桨的量身定制提供了理论支持。     

船用铜合金螺旋桨的检验要点分析

为了进一步明确对船用铜制螺旋桨的检验要求,保证船舶安全,考虑到国内外标准的要求及中国船级社的规范,并结合国内铜合金生产者的生产经验,列明了目前世界上主要船用铸造铜合金螺旋桨的成分设计和机械性能,分析了铜合金金相组织对螺旋桨性能的影响,阐述了对铜制螺旋桨进行无损探伤过程中的注意事项,并推荐一种对4叶组合式螺旋桨进行静平衡试验的替代方法．供验船人员对螺旋桨进行产品检验时参考．     

紧急停船运动数学模型及其仿真研究

基于船舶推进和船舶操纵性理论，建议了一个计算紧急停船运动的数学模型，并对其中的螺旋桨水动力和力矩提出了一种新的处理方法．利用该数学模型对数十艘实船进行了紧急停船仿真计算，并与相应的实船试航、实船试验实测结果进行了比较，吻合很好．验证了该数学模型的正确与有效，可用于计算船舶的紧急停船运动与预报船舶的紧急停船性能．     

计入粘性影响的螺旋桨性能计算

应用非线性定常力面理论计算螺旋桨水动力性能，引入准三维高阶近似Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程，辅以二模式湍流方程以及差分数值方法计算浆叶边界层，通过迭代匹配计算考虑粘性对螺旋桨性能的影响，计算实例表明，理论计算结果同模型试验相应结果符合良好。     

带制流板舵在螺旋桨尾流中的水动力性能

提出了一种计算带制流板舵在螺旋桨尾流中水动力性能的方法，舵的水动力及周围流场用面元法计算，螺旋桨性能及尾流场通过无限叶数的简易螺旋桨理论来预估，而舵上下制流板的影响则应用升力面的涡格法来计算，舵、制流板、螺旋桨的干扰作用以迭代方法求得，由于采用了面元法，舵的水动力性能及表面压力分布的计算更为精确，文中不对带制流板舵的操纵性能进行计算和研讨，计算结果与实验值比较，吻合程度良好。