【摘要】：目前,有關(guān)螺旋槳正車前進(jìn)工作模式下常規(guī)性能的研究,如噪聲、空化等,已經(jīng)取得很大的進(jìn)展;但涉及螺旋槳在前進(jìn)倒車(緊急倒車)工作模式下的研究?jī)?nèi)容較少也不夠深入。緊急倒車時(shí)來(lái)流的“負(fù)”攻角會(huì)在槳葉的導(dǎo)邊附近引起大量的流動(dòng)分離,造成螺旋槳推力和轉(zhuǎn)矩的劇烈變化,可能威脅螺旋槳安全穩(wěn)定的工作;另外,側(cè)向力也會(huì)影響艦艇操縱性。本文總結(jié)分析前人的研究成果,然后,結(jié)合基于大渦模擬(LES)的CFD數(shù)值仿真方法和有限元(FEM)方法,以Star CCM+和ABAQUS為工具,對(duì)螺旋槳緊急倒車模式下的水動(dòng)力性能及強(qiáng)度特性進(jìn)行大量的計(jì)算,進(jìn)而分析緊急倒車模式下螺旋槳的載荷、流場(chǎng)及其強(qiáng)度特性。本文主要對(duì)螺旋槳緊急倒車模式下的載荷、流場(chǎng)和強(qiáng)度特性進(jìn)行了大量的數(shù)值計(jì)算并分析其規(guī)律和特征。首先,總結(jié)國(guó)內(nèi)外螺旋槳緊急倒車模式下的水動(dòng)力性能、強(qiáng)度特性的研究現(xiàn)狀,提出現(xiàn)有研究存在的問(wèn)題,進(jìn)而引出本文研究關(guān)注的問(wèn)題,最終確定本文的主要研究?jī)?nèi)容:以E1619槳為模型,對(duì)緊急倒車模式螺旋槳的敞水性能進(jìn)行大量計(jì)算,利用統(tǒng)計(jì)學(xué)的知識(shí)對(duì)其水動(dòng)力載荷、流場(chǎng)及強(qiáng)度特性進(jìn)行分析。在上述計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上,結(jié)合Star CCM+和ABAQUS的各自優(yōu)勢(shì),建立了螺旋槳緊急倒車模式下結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的靜力分析方法,對(duì)螺旋槳正倒車運(yùn)行條件下的強(qiáng)度特性進(jìn)行計(jì)算,總結(jié)螺旋槳正倒車運(yùn)行的強(qiáng)度特性。對(duì)艇-槳一體條件下螺旋槳緊急倒車的性能進(jìn)行了計(jì)算分析,采用的潛艇是標(biāo)準(zhǔn)Sub-off模型,同上述建立的方法一樣,對(duì)螺旋槳的水動(dòng)力載荷、流場(chǎng)以及上游艇體對(duì)槳性能的影響進(jìn)行了計(jì)算分析。結(jié)果表明:艇體指揮臺(tái)對(duì)尾部舵的來(lái)流影響十分微弱,在后續(xù)計(jì)算中可以采用艇體后半段進(jìn)行計(jì)算,上游艇體的存在增大螺旋槳的“推力”性能及側(cè)向力性能,同時(shí)上游艇體的存在對(duì)槳盤面附近的環(huán)狀渦有較大影響,從而影響螺旋槳的水動(dòng)力載荷。最后,分析艇-槳一體工作條件不同航速系數(shù)下螺旋槳的靜力強(qiáng)度特性,為緊急倒車條件下螺旋槳的設(shè)計(jì)、維護(hù)提供參考數(shù)據(jù)。最終,本文總結(jié)螺旋槳敞水、艇-槳一體條件下的水動(dòng)力性能及強(qiáng)度特性,為未來(lái)深入研究緊急倒車模式下螺旋槳的水動(dòng)力性能和強(qiáng)度特性提供基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：U674.70
【圖文】：

１．２課題研究的目的及意義逡逑螺旋槳緊急倒車是一項(xiàng)十分復(fù)雜的流動(dòng)過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，螺旋槳的水動(dòng)力載荷逡逑會(huì)發(fā)生急劇的變化，會(huì)對(duì)螺旋槳的性能產(chǎn)生巨大的影響。因此螺旋槳的參數(shù)設(shè)計(jì)，尤其逡逑是針對(duì)潛艇靜音設(shè)計(jì)的七葉大側(cè)斜螺旋槳，若在設(shè)計(jì)階段沒(méi)有充分、細(xì)致的評(píng)估其在非逡逑設(shè)計(jì)工況時(shí)的水動(dòng)力性能和強(qiáng)度特性，如緊急倒車模式時(shí)，螺旋槳承受的水動(dòng)力載荷和逡逑結(jié)構(gòu)變形，則會(huì)嚴(yán)重威脅螺旋槳的結(jié)構(gòu)安全，進(jìn)而威脅整個(gè)潛艇的推進(jìn)系統(tǒng)；另外螺旋逡逑槳緊急倒車模式下，螺旋槳的水動(dòng)力性能和正車前進(jìn)模式有較大不同，若不能充分的掌逡逑握螺旋槳在該工作模式下對(duì)潛艇安全操縱的影響，將會(huì)威脅潛艇的適航性能。故研究緊逡逑急倒車模式下，潛艇和水面艦船配置的螺旋槳的水動(dòng)力性能及強(qiáng)度特性對(duì)潛艇及水面艦逡逑船的結(jié)構(gòu)完整性和操縱安全性有著至關(guān)重要的作用，但現(xiàn)有的ＣＦＤ研宄方完全模擬緊逡逑急倒車過(guò)程存在極大的困難，因此將緊急倒車過(guò)程離散化成一個(gè)準(zhǔn)靜止過(guò)程是一個(gè)重要逡逑的、間接的研究螺旋槳緊急倒車模式下性能的方法，同時(shí)亦能為研究適合模擬螺旋槳緊逡逑急倒車過(guò)程的ＣＦＤ方法打下基礎(chǔ)。逡逑“”

本文采用的Ｐ４３８１槳模型同Ｊｅｓｓｕｐ等人進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵恢�，但�?duì)其實(shí)驗(yàn)使逡逑用的槳轂進(jìn)行了簡(jiǎn)化，該槳的主要幾何參數(shù)如表２．１所示；參考文獻(xiàn)［４３］等進(jìn)行的數(shù)值模逡逑擬計(jì)算，本文為消除邊界效應(yīng)對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，設(shè)置的數(shù)字水池及其幾何參數(shù)如圖２．１逡逑所示，該幾何模型及數(shù)字水池將用于對(duì)本文采用模擬螺旋槳正車前進(jìn)和緊急倒車的ＣＦＤ逡逑方法的驗(yàn)證。逡逑表２．１邋Ｐ４３８丨槳幾何參數(shù)逡逑直徑（ｍ）邐０．３０４８邐５０逡逑葉數(shù)（－）邐５逡逑設(shè)計(jì)工況點(diǎn)（－）邐０．８８９邐＂邋■邋１１１１逡逑＿＿轉(zhuǎn)速．＾＿＿邐，0逡逑倒轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速（ｒｐｓ）邐１０／１１．６７邐邐邋邐＿逡逑圖２．１數(shù)字水池－Ｐ４３８１逡逑為了避免網(wǎng)格數(shù)量、時(shí)間步長(zhǎng)對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，本文選用了三套計(jì)算網(wǎng)格針對(duì)設(shè)逡逑計(jì)進(jìn)速下的敞水性能進(jìn)行收斂性分析，參考文獻(xiàn)［４４］網(wǎng)格尺寸以＾為比例進(jìn)行縮放；三逡逑套網(wǎng)格信息如表２．２所示；時(shí)間步長(zhǎng)分別取螺旋槳旋轉(zhuǎn)１°、２°、４°所需時(shí)間Ａ／／２、Ａ／、逡逑２Ａ／，進(jìn)而進(jìn)行時(shí)間步長(zhǎng)收斂性分析。逡逑１１逡逑

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3 付

本文編號(hào)：2796531