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速度面元法预报螺旋桨水动力性能

郭俊  
【摘要】: 近年来随着航海业的蓬勃发展,人们对螺旋桨的要求也逐渐增高。通过详细的理论计算,准确地预报螺旋桨的水动力性能,进而能够避免由于不良设计所带来的振动、空泡等问题。运用理论计算方法预报螺旋桨水动力性能同时还具有经济、快速、简便等优点,但是它预报的螺旋桨桨叶表面的压力分布值与试验值还是有着一定的差距。因此,研究如何更为准确地预报螺旋桨水动力性能是国内外学者一直致力研究的课题。 面元法直接在真实物面上分布源汇等奇点,这样便可以合理的考虑物体厚度的影响,桨叶表面的压力分布也更接近于实际。它对复杂物体的几何形状能更精确地描述,对于桨毂、导管和桨叶上空泡的影响也更容易处理。 速度面元法的主要思想是将物面引起的速度单独由源汇的面分布来表示,考虑物面的法向速度为零的边界条件,从而构成求解面源强度的基本公式。 本文采用了一种改进的较易满足库塔条件的速度面元法。这种方法将桨叶表面和桨毂表面离散为一系列四边形双曲面元,在每个四边形面元上布置等强度源,同时拱弧面和尾涡面也离散为布置涡的四边形双曲面元。在定常情况下,我们认为只要桨叶拱弧面随边处的法向速度为零即自动满足库塔条件。计算每个面元上的奇点对场点的诱导速度,再根据桨叶表面、桨毂表面和拱弧面上的运动学边界条件建立求解奇点强度的方程。进而通过伯努利方程计算得出桨叶表面压力分布,再通过积分求得螺旋桨的推力和转矩。 本文采用上述方法计算了DTMB4119桨桨叶表面的压力分布和速度分布,然而由于数值问题的处理不够准确,没有得到合理的结果。尽管本文的研究不是很成功,但是它提出了一种同时在桨叶和拱弧面上布置水动力奇点的思路,对进一步提高面元法预报螺旋桨水动力性能的精度具有一定的实用意义。


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