螺旋桨设计中的CFD优化策略与实验验证

本文聚焦于“螺旋桨设计中的CFD优化策略与实验验证”,旨在探讨在螺旋桨设计中基于计算流体动力学(CFD)的优化方案,并通过实验证明其有效性。通过深度分析螺旋桨结构,明确了设计中需优化的关键参数,包括叶片形状、扭曲度和攻角等。采用CFD技术进行数值模拟,监测和分析流场、压力分布等关键参数,最终确定最佳设计方案。在CFD优化的基础上,通过实验验证,验证数值模拟结果的可行性和准确性。实验结果与数值模拟结果的对比表明,CFD优化策略在提高螺旋桨性能的同时,有效降低试验方案的开发成本。本研究为螺旋桨设计提供高效的优化方法,同时为涡轮机械的设计提供有益的参考。

融合升力线理论和雷诺时均模拟在螺旋桨设计和水动力性能预报中的应用

同时采用Lerbs非最优螺旋桨理论和Epps最佳环量分布理论,将螺旋桨升力线方法由初始设计应用扩展到敝水性能预报,对DTMB 4119、4381、4382和4497这4个螺旋桨的敞水性能曲线进行了预报分析.针对升力线方法在中度负载区间的适用限制和无法在黏性流场中考虑桨叶空化性能的缺陷,进一步将Epps方法与雷诺时均(RANS)模拟相结合,可明显提高低、高负载区间的敞水性能预报精度.Epps方法预报精度要高于Lerbs方法,能够满足工程初始分析需求.随着远离设计工况点(低、高进速系数)其预报误差变大,桨叶侧斜程度和纵倾存在也会增大预报误差.RANS模拟时桨叶切面型值由升力线方法提供,桨叶几何和六面体网格划分均采用程式化操作实现.在分析网格因素影响后,所得推力和力矩系数以及压力系数分布均匀与实验值吻合较好.在RANS模拟中加入混合物均相流空化模型后,可定量得出桨叶梢涡涡束在一定距离内的螺旋轨迹.结合桨叶最大负载截面的空化斗性能和梢涡涡束最小压力点幅值,可相对判定桨叶空化性能.构建了基于水动力性能评价的螺旋桨参数化设计和非空化与空化性能预报的数值平台.

渔船螺旋桨设计软件系统

根据图谱法设计螺旋桨的方法原理,结合实践经验,开发了渔船螺旋桨设计软件系统.文章简单介绍了该软件系统开发过程和方法,并应用于两艘实际渔船.设计参数和渔船实际参数的比较显示,该系统能迅速、有效地完成渔船螺旋桨的设计,改善渔船螺旋桨设计以及渔船动力装置配备.

考虑水弹性影响的螺旋桨设计方法研究

船用螺旋桨工作在低速重负荷工况、或采用大侧斜几何型式或采用复合材料时,其流固耦合现象较为突出,螺旋桨设计中若无法准确考虑其间的水弹性影响,将会造成船机桨失配及实船推进性能的错误预报。文章基于螺旋桨环流理论设计方法、螺旋桨流固耦合算法以及逐步逼近法,形成了一套可考虑水弹性影响的螺旋桨设计方法,重点讨论了流固耦合中水动力载荷更新方式、逐步逼近法中预变形松弛因子的选择对设计结果的影响。通过大侧斜螺旋桨及复合材料螺旋桨设计实例,进一步阐述了在螺旋桨设计中考虑水弹性的必要性,也验证了所开发设计平台的有效性。该设计平台为后续复合材料螺旋桨的优化设计提供了基础。

基于Eppler剖面设计方法上的提高空泡起始航速的非定常螺旋桨设计方法(英文)

为了提高螺旋桨的空泡起始航速 ,本文提供了一个基于Eppler剖面设计方法上的非定常螺旋桨设计方法 ,二维剖面直接由Eppler剖面设计方法给出并直接输入到升力面设计程序中进行三维剖面设计。计算结果表明新剖面螺旋桨方案的空泡斗要比常规剖面的宽。在平均伴流条件下使用升力线、升力面设计程序给出一个初步螺旋桨方案。然后用定常/非定常面元法检查设计结果是否满足推力要求并作修改设计 ,从中选择一个不符合空泡要求的剖面作为关键剖面。使用Eppler剖面设计方法来改善空泡斗。为了研究剖面弦向负荷对螺旋桨性能影响 ,本文设计两只螺旋桨 ,一只为带有Naca66迭加Nacaa=0.8 ,另一只为新剖面的方案。模型试验结果证实了设计方法的有效性。

拖网渔船多速比减速箱速比的确定与其螺旋桨设计

拖网渔船限于工作特点，有自航与拖航状态，但普通固定螺距的螺旋桨不能在这二种工况下都充分发挥其主机功率。为此，有用调距桨者。但调距桨机构复杂、造价较贵，且维修不便，从目前国外使用情况来看，许多船主反映调距桨较之普通固定螺距螺旋桨所增加之投资并不能为其优点所抵偿。若用二档减速齿轮，配置固定螺距的普通螺旋桨，亦可在这二种工况下充分发挥其主机全部功率。

拖网渔船螺旋桨设计工况研究

作者以8154型、8101型和876型拖网渔船为对象,根据全年生产情况,从快速性、拖曳性能和经济性能,综合研究其螺旋桨设计工况。由34种型桨的研究结果表明:采用普通桨的拖网渔船,拖网航速为最佳设计工况;采用导流管定距桨的渔船,5节航速为最佳设计工况。

现代船用螺旋桨设计应用程序研究

通过建立在现代螺旋桨数值升力面理论—涡格法基础上的计算程序的数值试验 ,对照实验数据 ,改进了程序计算结果的准确性。应用程序设计了螺旋桨 ,并进行了模型试验 ,螺旋桨的推进和空泡性能符合设计要求 ,进一步证明了设计程序的实用性和可靠性。为了方便应用程序 ,采用混合编程形式 ,构成现代螺旋桨实用程序包。该程序包可以完成螺旋桨理论设计、水动力性能计算、最佳侧斜选择和绘制螺旋桨图纸等工作。

某型太阳能飞机高效螺旋桨设计

文章以整个飞行跨度内的高效率为目标设计了某型太阳能飞机的螺旋桨,根据给定的飞行速度、螺旋桨直径、需用拉力,结合太阳能飞机的飞行高度曲线,确定了桨叶数、翼型和螺旋桨转速,计算出若干设计高度点的弦长分布、桨距角分布等,然后根据飞行高度曲线对得到的结果进行加权平均,得到最终的弦长分布和桨距角分布,建立了三维模型。

双机双桨船舶螺旋桨设计实践

在双机双桨船舶螺旋桨设计一般原理的基础,应用螺旋桨设计软件对某渔船进行了实例计算,结果表明,该设计方法简单、行之有效,可供多机多桨的渔船推进装置设计参考。

两艘多用途船的螺旋桨设计研究

以2艘多用途船螺旋桨设计为例,运用螺旋桨理论设计与模型试验为手段,探索了特定条件下加大桨叶后倾角(增加桨叶梢与船底板间隙)、改变螺旋桨叶面积以及增加桨叶侧斜角对诱导脉动压力和效率的影响。结果表明:采用减小空泡裕度增加盘面比的措施,对降低脉动压力的效果最为显著;增大侧斜角措施的效果居中;通过改变后倾角增大叶梢与船底板间隙的措施,降低脉动压力效果相对要小一些。

指定压力分布的螺旋桨设计

修改压力分布设计螺旋桨新型叶剖面来改进空化斗的工作已经进行多年,但是均基于薄翼理论进行二维剖面与三维叶剖面之间的转换。文中分别用B样条曲线和曲面表达二维剖面和三维桨叶,指定Eppler剖面的压力分布作为三维目标压力;将一个初始螺旋桨用B样条曲线表达其0.8R处的剖面几何;建立算法调整0.8R剖面对应的B样条控制多边形,进而调整桨叶几何,使得0.8R处三维面元法预报压力逼近目标压力。文中最后还讨论了高负荷时该剖面的压力分布情况。

大侧斜螺旋桨设计中的考虑

介绍船舶大侧斜螺旋桨的设计流程和桨的各主要要素确定原则,论述大侧斜螺旋桨强度问题及工程实用的校核方法,对目前大侧斜螺旋桨设计工作存在的薄弱环节提出改进措施。

基于图谱设计方法的水下机器人螺旋桨设计方法

针对水下机器人螺旋桨图谱设计方法中实验次数多、实验周期长、所得到的螺旋桨性能较差等缺陷,文中提出一种结合图谱设计法与升力线理论设计水下机器螺旋桨的方法。利用以升力线理论为基础的Matlab开源程序OpenProp,对水下机器人的螺旋桨进行设计以及性能预测以减小实验测试样品的数量,最终依靠图谱设计方法从中选出最佳螺旋桨。文中所用的方法相比于传统的图谱设计方法可大幅减少实验次数,且根据大量的实验数据显示通过优化后的图谱设计方法设计的螺旋桨相比传统图谱方法可提高5%~10%的敝水效率。

翼剖面优化理论在螺旋桨设计和减荷切削中的应用

用Epller的叶剖面设计方法与螺旋桨升力面理论相结合的方法进行了水翼剖面的优化 ,并将其应用到螺旋桨减振降噪设计中获得了显著的效果 ,在螺旋桨减荷切削中用优化水翼剖面获得了出奇制胜的成功。

考虑破冰情况的极地甲板运输船螺旋桨设计研究

针对具有破冰能力的极地甲板运输船螺旋桨提出了一种设计方法。设计满足国际船级社协会的Polar Class规范及俄罗斯船级社RMRS规范。在设计过程中,应用升力线理论进行设计,并结合升力面理论修正的方法,对设计结果进行了规范公式要求的计算校核,进一步又通过直接计算方法对其进行了PC规范的强度校核;在多种校核结果指导下调整了螺旋桨的某些设计细节,使螺旋桨强度达到规范的要求。并在此基础上对安装该桨的工况进行航速预报,结果表明:航速达到设计要求。说明本文的设计方法可用于具有破冰能力的极地甲板运输船的螺旋桨设计。

中低空太阳能无人机高效螺旋桨设计方法

目前对于常规螺旋桨和高空螺旋桨的设计较多,而对中低空太阳能无人机螺旋桨的研究很少,因此提出一种针对中低空太阳能无人机的高效率螺旋桨设计方法。根据太阳能无人机的飞行跨度曲线,选取爬升和主要巡航高度为设计点,首先基于Betz最小能量损失的设计准则和片条理论及其逆向推导,计算各设计点下的弦长与桨距角分布;然后根据飞行跨度曲线对各设计点的计算结果进行权值分配,得到最终的设计弦长与桨距角分布;最后基于CFD数值模拟方法,对设计的螺旋桨性能进行仿真计算。结果表明:与常规螺旋桨效率相比较,在允许功率范围下,本文设计的螺旋桨效率在整个任务周期的飞行包线内均有明显提升,满足设计要求;本文提出的高效螺旋桨设计方法具有较高的应用价值。

螺旋桨设计中的自动绘图程序设计

分析了螺旋桨图形的特点,使用高级语言开发了软件,将螺旋桨设计结果直接生成AutoCAD可以接收的DXF形式的文件,大大提高了工作效率。

400吨600马力沿海货船关刀型螺旋桨设计及实船使用情况报告

关刀型螺旋桨是我国造船工人和船舶工作者在长期生产实践基础上经过多年研究创造成功的一种常规船用推进器，经过最近(1980年3月)在广州召开的“关刀型螺旋桨技术鉴定及其系列图谱标准审查会”鉴定通过，从而成为我国第一个民用常规螺旋桨系列，改变了我国常规螺旋桨设计长期使用国外资料的情况。

电动飞机分布式螺旋桨—机翼设计分析方法研究

为逐步实现航空器从传统能源到清洁能源的转换,将传统涡桨飞机改型成分布式电推进螺旋桨飞机是目前重要的研究方向。本文以运12F飞机巡航性能为约束,根据动量理论对其改型为分布式螺旋桨飞机后的机翼参数进行修正;从螺旋桨桨盘面积、螺旋桨与电动机匹配关系、螺旋桨质量三个方面综合评估确定分布式电推进螺旋桨个数;根据巡航及爬升任务剖面的拉力需求进行螺旋桨设计;将最终确定的分布式螺旋桨—机翼模型与原型机模型在OpenVSP中进行升阻力对比分析。结果表明,分布式螺旋桨的滑流效应在小速度、大迎角下增升作用更明显,可用于提升飞机起飞及爬升阶段性能指标。在巡航及爬升状态下,分布式螺旋桨上置比下置升力特性更好,升力系数可提高约5%,但在小速度时,升力系数提升的代价是阻力系数增加。本文研究为传统涡桨飞机改型为分布式螺旋桨飞机总体设计提供了参考。