大侧斜螺旋桨参数对振动模态影响规律研究

[目的]旨在研究不同桨叶参数变化对大侧斜螺旋桨振动模态的影响规律。[方法]以某大侧斜螺旋桨为研究对象,开展系列变参数方案设计和振动模态有限元计算,并采用模型试验对数值方法进行有效验证。最后,通过计算结果分析得到不同设计参数对桨叶各阶固有频率及衰减系数和桨叶振型的影响规律。[结果]计算结果表明,桨叶的固有频率随剖面厚度、盘面比、毂径比的增加而增大,并随其侧斜角度的增大而减小,研究参数中以剖面厚度和侧斜对桨叶固有频率的影响为最大;流-固耦合效应对一阶固有频率衰减系数影响为最大,剖面厚度分布整体的增加和外半径的增加均对减小一阶固有频率衰减系数有利,反之,盘面比的增加、侧斜平衡点的内移和大纵倾角对减小一阶固有频率衰减系数不利;系列变参数设计方案的一阶振型基本一致,表明剖面厚度和侧斜等设计参数变化主要影响桨叶的高阶振型。[结论]研究结果可为大侧斜螺旋桨设计过程中振动模态优化控制提供指导和参考。

大侧斜螺旋桨水动力数值图谱构建与应用研究

CFD方法的快速发展为螺旋桨水动力图谱构建提供了新的手段。针对大侧斜螺旋桨设计的强烈需求,以INSEAN E1619为母型桨拓展形成大侧斜螺旋桨系列方案,利用CFD方法开展大侧斜桨敞水虚拟试验,然后通过多元回归分析实现敞水结果的数字化表达,并对表达结果进行校验,在此基础上完成大侧斜螺旋桨水动力数值图谱设计程序开发和实例应用分析。经校验证明,回归多项式计算精度可满足数值图谱的开发要求。实例应用分析结果表明:相比B-系列螺旋桨图谱,在直径不受限制的条件下,本数值图谱设计方案效率与之相当,最佳直径偏小6%左右;在直径受限的条件下,本数值图谱设计方案效率偏高,文中实例给定直径下偏高约7%。该数值图谱可为低噪声大侧斜螺旋桨初步设计阶段的推进性能评估和推进系统参数选型提供新的手段和工具。

大侧斜螺旋桨负载噪声的边界元数值声学方法频域内计算分析

为探索艇尾桨无空化水下辅射噪声的数值预报方法,采用流场大涡模拟（LES）和声场边界元数值声学的弱耦合方法在频域内对艇尾标称伴流条件下的大侧斜螺旋桨水下负载噪声进行了预报。耦合方法的可信性由计算得到的DTRC4119无侧斜螺旋桨球面空间声压分布和特征测点处声压频谱级曲线与文献[5-6]计算值的比较给予了验证。LES计算时选用动力学Smagorinsky-Lilly亚格子应力模型（DSM）.负载声压场由桨叶及桨毂表面所形成封闭面的压力分布和法向速度分布决定。声源节点和声节点变量采用一对一的变量守恒传递方式。结果表明：定常雷诺时均（RANS）模拟计算2个桨的推力和力矩系数均与敞水试验值吻合良好,以此作为LES模拟的流场初值是可信的;LES非定常解均能准确地捕捉2个桨桨叶叶梢处叶频和倍叶频以及尾流中弱轴频信息;计算得到的DTRC4119螺旋桨在200 Hz内总声压级为126.4 dB,大侧斜螺旋桨在0~1 kHz频带内总声级为116 dB.为艇尾桨水下噪声预报探索了一条新的途径。

大侧斜螺旋桨桨叶应力分析

采用求解RANS方程的方法对某大侧斜螺旋桨敞水流场进行模拟,计算得到的推力系数与力矩系数与试验值有很好的一致性。在此基础上,将计算得到的桨叶水动力载荷、离心力载荷和重力载荷导入有限元模型,求解大侧斜螺旋桨桨叶应力场分布。根据应力场分布特点,可知:桨叶除叶根有应力集中区域外,0.5倍半径靠近随边处还存在应力集中区域;在0.5倍半径桨叶切面处,桨叶压力面应力从导边至随边递增,桨叶吸力面应力从导边至随边存在波动。

粒子群算法在大侧斜螺旋桨侧斜分布优化中的应用

为设计出具有良好侧斜分布的螺旋桨剖面,采用智能优化领域的粒子群优化(PSO)算法,结合非定常面元法对螺旋桨的侧斜分布进行了优化设计.给出了PSO算法的数学模型及其在侧斜优化设计中的主要计算过程,并以HSP桨为母型进行设计.获取了2种纵倾方式下非定常推力系数的2阶幅值收敛情况、侧斜分布随迭代次数的收敛情况以及主桨叶在旋转1周的非定常推力系数随迭代次数的变化规律等.由计算结果可知,优化桨的非定常推力系数脉动比母型桨减小了许多,即通过改变螺旋桨侧斜分布能有效改善非均匀流场中螺旋桨的性能,进而也验证了PSO方法在螺旋桨侧斜优化设计中的可行性.

艇后大侧斜螺旋桨负载噪声数值分析（英文）

为研究艇后非均匀流场中大侧斜螺旋桨无空泡负载噪声的分布规律,文章采用"CFD+BEM"法,以SUBOFF潜艇后某大侧斜桨为研究对象,首先稳态计算均匀进流下螺旋桨敞水特性,模拟系数值与实验误差在3%以内,验证了CFD数值计算的可信性。然后采用大涡(LES)模拟,对"艇+桨"进行三维非定常数值模拟,计算得到桨表面声偶极子数据后,通过距离加权平均法映射到声网格节点上,将噪声源直接分布在桨叶表面上进行积分来预报螺旋桨的低频线谱噪声。采用边界元法基于扇声源理论通过FW-H声类比方程分别在1 k Hz以内对桨盘面、轴向纵剖面及10倍桨半径球场的噪声进行频域求解。研究表明:桨盘面和轴向纵剖面上声指向均呈8字形,但受螺旋桨自身旋转及大侧斜的存在,指向性不唯一;球场声场显示,轴向声辐射面较大,声辐射强,径向辐射面小且辐射较弱;特征点的计算结果显示,高阶叶频声压级明显比一阶叶频低,这与物理现象相符,将特征点处结果与已发表文献进行对比,吻合性良好,并对存在的差异作出了合理的物理解释。该文为螺旋桨噪声预报介绍了一种可行的新方法。

大侧斜桨敞水性能及流场数值研究

针对库存大侧斜桨,基于商用RANS代码,利用结构化网格技术和流道计算模型开展了大侧斜桨敞水水动力和流场的数值分析。在进速系数J∈∈0.3 3,0.95∈范围内,文中计算得到的敞水螺旋桨水动力与试验结果差异在3%以内。通过敞水螺旋桨流场计算和计及粘性影响鼓动盘计算结果比较可知,螺旋桨对桨前流场影响主要是抽吸作用;对桨后近场区域X/Dp<4流场影响主要是滑流,轴向速度周向均值沿径向分布主要受桨叶负荷分布控制;到中间区域4<X/Dp<15,旋转尾流加速了轴向速度沿纵向的衰减,但增大了沿径向的扩散范围;至充分发展尾流区X/Dp>15,螺旋桨尾流变成了单一的剪切流。

大型集装箱船上大侧斜螺旋桨模型脉动压力的比较试验研究

对一艘大型集装箱船，按图谱方法设计了一个常规桨，在相同的设计条件下按升力面方法设计了两个不同侧斜角的大侧斜桨。三个桨模在中国船舶科学研究中心大型空泡水筒中用假船尾加网格模拟的伴流场中进行了脉动压力测量。测量结果表明：大侧斜桨与常规桨比较可以明显地降低螺旋桨对船体诱导的脉动压力，下降幅度达３０％左右。

伴流场中大侧斜桨无空化水动力和噪声的尺度效应分析(英文)

针对艇尾伴流场中大侧斜桨无空化水动力和水声性能的尺度效应问题,对几何相似但直径分别为250,500和1000mm的七叶大侧斜桨的无空化线谱噪声及其标准化谱曲线经验公式和总声压级进行了分析.噪声预报同时采用频域和时域计算2种方法.作为脉动噪声源的桨叶表面脉动压力和法向速度分布由URANS模拟得到.结果表明,在相同进速系数下3种尺度桨的0.7R截面压力系数分布重合度高;3个桨的推力脉动均能准确地反映出轴频和叶频信息,且中桨相对于小桨在叶频处的推力脉动幅值增量较大桨相对于中桨要大.2种噪声预报方法得到的大桨相对于小桨的总声级增量相差2.49dB;大桨和中桨标准化谱曲线较为一致,但与小桨差异明显.随着直径的增加,线谱谱级和总声级增量增加.建议应尽可能增大模型桨的几何尺度,以减小经验公式的预报误差和尺度效应影响.

大侧斜螺旋桨强度研究

本文介绍了利用三维相对单元编制的用于大侧斜螺旋桨强度计算的有限元程序HPROAP。并用大量国内外正在使用的大侧斜螺旋桨强度的对比计算结果及九个装模的试验结果验证了该程序的可靠性。

大侧斜对转螺旋桨在鱼雷上的应用研究

文章从鱼雷螺旋桨设计过程中的噪声性能分析和强度分析两个方面研究了大侧斜对转螺旋桨应用于鱼雷的设计方法,并通过一个具体的鱼雷大侧斜螺旋桨设计实例和试验验证来说明此设计方法在鱼雷大侧斜螺旋桨设计中的应用前景及设计过程中的改进措施。研究结果表明,采用大侧斜桨叶可以得到良好的推进性能和更好的空泡噪声性能,而且振动小。同时也指出了大侧斜螺旋桨所存在的不足。文章对鱼雷用螺旋桨的设计和实际应用具有参考价值。

大侧斜螺旋桨桨叶应力测试研究

采用在大侧斜桨模表面粘贴应变片的方法来研究桨叶在不同工况下的应变和应力分布 ,分别进行了大侧斜桨四象限敞水试验 ,叶片在集中力静载荷、离心力作用下的应变测量 ,以及在危险工况下的桨叶动态应变测量 ,详细讨论测试方法、设备和技术 ,桨叶动态应变测量结果说明在危险工况时桨叶随边 0 .55R区域内有高应力区 ,研究和分析表明 。

大侧斜螺旋桨水动力性能预报

采用面元法预报大侧斜螺旋桨水动力性能 ,螺旋桨表面及尾涡面离散为四边形双曲面元 ,每个面元上布置等强度源汇和偶极子分布 .对于大侧斜螺旋桨而言 ,桨叶表面采用常规的等半径网格划分方法在近叶梢处将导致大展弦比、大侧斜和扭曲面元 ,这容易使桨叶表面速度的计算结果不正确 ,甚至会导致迭代过程发散及计算失败 .文中建立了一种“非常规网格”划分方法 ,能有效地解决大侧斜螺旋桨的计算和收敛问题 .

应用非定常升力面理论计算大侧斜桨性能及桨叶表面压力分布

应用涡格分布数值计算法，预报大侧斜桨性能及桨叶表面压力分布．采用了两种计算尾流模型，编制了计算程序，进行了实例计算并与已有的试验结果进行了比较；其结果吻合良好．

大侧斜螺旋桨强度校核探讨

针对大侧斜螺旋桨复杂的几何外形和载荷分布,为准确解决其强度校核问题,介绍了两种螺旋桨强度校核方法,传统的悬臂梁法和有限元法。前者视桨叶为变截面的悬臂梁,按正车最大航速时的静态负荷来进行校核;采用有限元法在全速正车和紧急倒车状态时计算叶片的应力应变,重点介绍了紧急倒车过程中作用在桨叶上最大水动力载荷的确定方法。最后通过算例分析,比较两种方法校核同一螺旋桨强度的结果,指出有限元法更适合用于大侧斜螺旋桨的强度校核。

大侧斜对转螺旋桨水动力及桨叶应力数值计算

对转桨采用大侧斜形式能降低螺旋桨的线谱噪声,但同时也会降低叶片的强度和刚度,工程应用中需要对其强度进行校核。本文基于不可压缩流体"雷诺时均N-S方程+RSM湍流模型",采用多重参考系模型处理多旋转区域耦合问题,得到了螺旋桨表面压力分布;应用有限元(FEA)分析方法对叶片进行分析,得到叶片应力分布与变形量等参数。通过对大侧斜对转螺旋桨水动力及桨叶应力数值计算,为螺旋桨设计提供理论依据,具有一定的工程意义。

大侧斜螺旋桨桨叶应力的有限元分析

介绍将目前普遍采用的有限元软件ANSYS运用在螺旋桨静态强度计算中的方法 ,并通过将AN SYS程序计算结果进行对称性分析 ,同时对比早期使用的SUPER程序的计算结果及 7叶大侧斜桨桨模的试验结果来验证了该方法的可靠性。

大侧斜对转桨水动力及线谱噪声特性分析

对转螺旋桨的噪声是水下航行器的强噪声源之一,低噪声螺旋桨设计可以通过适当增加螺旋桨叶片数和采用叶片侧斜等方式实现,而对其流体动力及线谱噪声特性进行分析是判定设计优劣的一项重要依据。对于水动力特性计算,基于不可压缩流体雷诺时均方程和RSM湍流模型,多旋转区域耦合问题采用滑移网格进行处理,仿真计算得到普通对转桨和大侧斜对转桨的推力、扭矩、航速及效率等相关参数信息。对于线谱噪声特性,采用时域耦合方法进行求解,声场计算模型基于广义K-WH方程,计算得到了两型螺旋桨的线谱噪声特性。通过对比分析,大侧斜对转桨的水动力特性及线谱噪声特性优于普通对转桨,达到低噪声螺旋桨设计的目的。

冷藏集装箱船高效低激振力大侧斜桨系统试验研究

本文通过对３种集装箱船的１０只桨模的系统研究，找出了大侧斜浆的环量分布、纵斜、侧斜和叶剖面形状间的最佳配合；通过叶数对比试验和雷诺数影响试验，找到了一些叶数和雷诺数的作用规律．试验结果表明，按本研究设计的桨，比国外同类型桨的效率约高７％，激振力约低１５～１６％。

大型集装箱船上大侧斜螺旋桨模型脉动压力的比较试验研究

对一艘大型集装箱船,按图谱方法设计了一个常规桨。在相同的设计条件下按升力面方法设计了两个不同侧斜角的大侧斜桨。三个桨模在中国船舶研究中心大型空泡水筒中用假船尾加网格模拟的伴流场中进行了脉动压力测量。测量结果表明:大侧斜桨与常规桨比较可以明显地降低螺旋桨对船体诱导的脉动压力,下降幅度达30%左右。