弹性桨-轴系统建模与计算方法研究

弹性桨-轴与流体产生的双向流固耦合效应,显著改变了推进系统振动性能。现有研究分别针对桨叶和转轴弹性采用分离模型进行,即:流体-弹性桨与流体-刚体桨-弹性轴模型。而在实际工况中,转轴由于发生振动,使弹性桨入流条件与忽略轴系振动时的差异很大;另一方面,现有分离模型在预报时,是基于流体在桨叶振动平衡位置处界面力学关系开展的,未能真实反映流体在振动桨叶物理表面行为特征,难以满足桨-轴系统振动特性准确预报的现实需求。该研究拟针对流体-弹性桨-轴复杂系统双向流固耦合问题,基于精确的振动桨叶表面流体界面力学关系,建立弹性桨-轴双向流固耦合一体化模型并发展一套高效高精度稳定数值算法。结果表明,船舶研究者需建立流体-弹性桨-轴一体化模型,以重新评估附加质量/阻尼及轴承处激励力。建立的模型与算法和得到的结果可为低速水下航行器声振性能设计和评价提供理论和技术支持。

桨叶弹性对螺旋桨轴承力影响及计算方法研究

螺旋桨水弹性问题研究对于船舶减振降噪及水弹性力学发展具有重大意义。该研究围绕螺旋桨流体激励特性开展流固耦合机理与计算方法研究。提出了一种基于时域面元计算刚体桨非均匀流中旋转所受流体力、频域面元计算弹性桨均匀流中振动所受流体力、有限元求解结构动力学的弹性桨双向流固耦合非定常水动力预报算法——时域/频域面元-有限元法,可克服频域面元-有限元法非线性伯努利方程难处理及时域面元-有限元法低效率问题。研究表明:桨弹性效应特别是流体附加阻尼在桨-轴-船系统减振降噪设计中应予以足够重视;空间不均匀来流下弹性桨轴承力计算可在平衡位置表面施加不可穿透条件。该方法和结果可为低噪声桨-轴-船系统设计提供必要的理论参考。