改进空化模型和修正湍流模型在螺旋桨空化模拟中的评估分析

为评估改进Sauer空化模型和修正切应力输运湍流模型联合使用时在螺旋桨空化模拟中的效果,以及'当σ>σi时,叶梢截面压力系数分布相对不再改变'的空化初生判定准则的适用性,以E779A螺旋桨为对象,对轻度(Ac/A0<0.1)、中度(0.1≤Ac/A0<0.25)和重度(0.25≤Ac/A0<0.5)空化程度下的桨叶空化形态、空化面积、叶截面压力系数分布、推力和力矩崩溃性能曲线以及初生空化数进行校验和分析。结果表明,在轻度空化下模拟空化面积较试验值略小;中度空化下与试验值吻合很好,模拟精度明显高于同类文献;在重度空化下因包含了泡空化面积而较试验值要大。在设计和非设计进速系数下,预报因空化引起的推力下降起始点均与试验值吻合很好,但推力衰减指数较试验值要大。应用空化初生判定准则得到J=0.77工况下初生空化数为3.25,较试验值仅偏差0.6%。由此表明,所采用的数值模型对于螺旋桨轻度和中度空化程度下的空化性能模拟具有较高的精度,所提出的空化初生判定准则是可信而且适用的。应用该准则,在求取0.88R(低侧斜桨)或0.7R(大侧斜桨)截面的初生空化数后,可较准确地预报螺旋桨空化斗图谱,进而预报舰艇空化初始航速。

侧斜与负载对螺旋桨无空化和空化水动力性能的影响

为了定量分析空化初始航速的影响因素,首先分析侧斜和负载对螺旋桨无空化和有空化时性能的影响。以NSRDC 4381无侧斜桨和4383 100%侧斜桨为对象,采用改进Sauer空化模型和修正SST湍流模型,对空化崩溃性能、空化初生性能和无空化时正车、倒车以及紧急倒车敞水性能进行了计算与比较。结果表明,预报两个桨的敞水性能曲线和多空化数下的空化崩溃性能曲线均与实验值吻合较好。在中度负载区间(J=0.5～0.9)内,侧斜对正车和紧急倒车时敞水性能以及空化时推力和力矩崩溃性能均无明显影响,但会使倒车敞水性能显著下降。在重载和轻载条件下,侧斜均能明显改善空化初生性能。侧斜一定时,负载会直接影响尾流湍流速度脉动量和涡核集中区分布,影响轴面速度流管收缩程度,进而影响无空化和有空化条件下的推进性能。

非均匀进流对螺旋桨空化水动力性能的影响

以全附体SUBOFF潜艇桨盘面处标称伴流作为七叶大侧斜桨的非均匀进流,分析了对空化引起的推力和力矩崩溃性能以及叶背梢涡空化初生的影响,描述了非均匀进流条件下空化时推力和力矩的脉动特征、桨叶空化面积和空化形态随周向位置的变化,并给出了伴流中螺旋桨是否出现叶面片空化的区间划分。空化模拟时采用改进Sauer空化模型和修正SST湍流模型。梢涡空化初生依据作者提出的"当σ>σi时,叶截面压力系数分布不再改变"的相对准则来判定。结果表明,伴流能够有效延迟该桨叶面片空化初生,但同时会使叶背片空化初生提前且空化范围明显增加;在对应敞水效率最高的工况点,伴流使得该桨因空化引起的推力下降起始点较均匀来流时提前量大于7.1%,且叶背梢涡空化初生提前量大于6.7%;即使在空化较为严重的情况下,该桨在伴流场中的推力和力矩脉动幅值也很小;由于桨叶旋向的影响,一周内桨叶空化面积对于艇尾左右舷空间并不完全对称。研究结果可用于分析大侧斜使艇尾桨空化初始航速提高一定程度的现象。