【摘要】：當(dāng)前,艦船的發(fā)展不斷趨于大型化與高速化,艦船螺旋槳常常由于過大的負(fù)荷而產(chǎn)生空泡。空泡一旦產(chǎn)生,勢(shì)必影響螺旋槳的水動(dòng)力性能;導(dǎo)致空化剝蝕,破壞槳葉表面材料;同時(shí)引發(fā)船體尾部振動(dòng),致使空化噪聲。近年來,空化問題一直是國(guó)際水動(dòng)力學(xué)界的重點(diǎn)研究問題。傳統(tǒng)金屬螺旋槳為了控制空泡產(chǎn)生常從螺旋槳的幾何尺寸與形狀上著手,如選用較小厚度的翼型和在葉根處打孔等,但是由于螺旋槳尺寸和重量都很大,并且結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜,效果往往并不理想。而復(fù)合材料螺旋槳的出現(xiàn)為空泡現(xiàn)象的控制提供了新的契機(jī)。復(fù)合材料螺旋槳的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理都與傳統(tǒng)金屬螺旋槳大不相同,因此其空化現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)理及造成的影響也迥然各異�；诖�,本文針對(duì)通用槳型DTMB4381螺旋槳,利用CFD方法與有限元分析方法相結(jié)合,對(duì)復(fù)合材料螺旋槳的空泡性能及空泡水動(dòng)力性能進(jìn)行了研究,并與金屬螺旋槳的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析,探索了復(fù)合材料螺旋槳的空化機(jī)理,具體研究?jī)?nèi)容如下:利用基于RANS方程的計(jì)算流體力學(xué)方法,建立了螺旋槳敞水?dāng)?shù)值模擬方法;采用四面體網(wǎng)格與結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格相結(jié)合的混合網(wǎng)格方式實(shí)現(xiàn)了整個(gè)計(jì)算域網(wǎng)格的劃分;通過網(wǎng)格無(wú)關(guān)性分析,驗(yàn)證了該方法的正確性;研究了不同湍流模型對(duì)金屬螺旋槳水動(dòng)力性能計(jì)算結(jié)果的影響,與文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行了對(duì)比,提出了適應(yīng)于本研究的有效湍流模型;分析了不同工況下螺旋槳槳葉表面的壓力分布及流場(chǎng)情況。采用基于Mosaic技術(shù)的Poly-Hexcore旋轉(zhuǎn)域網(wǎng)格與外流場(chǎng)的結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格結(jié)合的重疊網(wǎng)格,結(jié)合計(jì)算流體力學(xué)方法,建立了螺旋槳定�？张輸�(shù)值模擬方法,研究了金屬螺旋槳在不同工況、不同空泡數(shù)下的定�？张萘�,討論了不同湍流模型、不同空化模型、不同離散格式對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響,分析了不同工況以及空泡數(shù)下金屬螺旋槳的空化面積、空化程度以及空泡水動(dòng)力性能。并與文獻(xiàn)中的計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析,驗(yàn)證了空泡數(shù)值模擬方法的準(zhǔn)確性。利用CFD、FEM與基于MATLAB的幾何重構(gòu)程序相結(jié)合,建立了復(fù)合材料螺旋槳空泡數(shù)值模擬計(jì)算方法;完成了不同工況下4381復(fù)合材料螺旋槳的流固耦合計(jì)算,分析復(fù)合材料螺旋槳的變形情況,結(jié)合MATLAB與三維構(gòu)型軟件UG,完成形變后復(fù)合材料螺旋槳的三維幾何重構(gòu);研究不同工況、不同空泡數(shù)下復(fù)合材料螺旋槳的定�？张菪阅芘c空泡水動(dòng)力性能,將所得計(jì)算結(jié)果與金屬槳對(duì)比分析,顯示了復(fù)合材料螺旋槳在空泡性能及空泡水動(dòng)力性能上的優(yōu)異性。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：U664.33
【圖文】：

螺旋槳空化現(xiàn)象空泡的出現(xiàn)會(huì)對(duì)螺旋槳造成許多不利影響，比如空泡會(huì)改變螺旋槳水動(dòng)力性

拖曳水池

螺旋槳的空泡性能試驗(yàn)多在空泡筒中進(jìn)行，如圖1-3 所示。圖 1-2 拖曳水池 圖 1-3 空炮筒而如今，計(jì)算流體力學(xué)方法越來越多的取代理論研究方法與模型試驗(yàn)方法。

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本文編號(hào)：2781193