考虑桨毂影响的螺旋桨最佳环量设计方法
本文选题:螺旋桨 + 最佳环量 ; 参考:《中国舰船研究院》2016年硕士论文
【摘要】:在船舶节能减排双重驱动下,高效螺旋桨的设计应用备受关注。螺旋桨最佳环量设计方法是螺旋桨理论设计中的重要方法。早期的设计理论并不考虑桨毂的作用,然而桨毂又是真实存在的,故应用无限长圆柱模拟桨毂影响的镜像涡方法被提出。但是,镜像涡方法不能完全真实的反映桨毂表面边界条件,且适用范围受限。为此,本文提出了应用高精度面元法模拟桨毂影响的方法,并据此建立了考虑桨毂影响的螺旋桨最佳环量设计方法,具有学术研究意义和工程应用价值。首先,应用高精度面元法模拟桨毂,通过推导统一的诱导速度影响系数建立了桨毂影响与桨叶环量的关系,进而提出了一种考虑桨毂影响的桨叶升力线和桨毂面元法耦合的最佳环量设计方法。其次,针对设计方法在数值离散求解中可能会出现的数值问题,如升力线模型在叶根和叶梢的奇性性、离散化尾涡模型收敛性等,进行了研究分析,给出了建议的处理方式,检验了数值求解方法的可靠性。再次,应用本文的设计方法,对DTMB 4119桨进行了重新设计,与传统方法的设计结果进行了对比分析,验证了新设计方法的可行性。在此基础上,进一步分析了桨毂形状和伴流对螺旋桨最佳环量分布的影响,结果表明桨毂半径具有较大影响并应进行适伴流设计。然后,以某散货船为例,进行了给定三种图谱桨环量分布形式与最佳环量分布形式的螺旋桨设计,分析对比了四种环量分布形式设计结果的差异,结果表明在升力线理论中最佳环量分布形式具有最高的敞水效率。最后,对考虑桨毂影响时,环量变化量引起的桨毂诱导阻力进行了讨论,叶根载荷增加后,桨毂会有约1%螺旋桨推力的诱导阻力变化,该阻力变化量应在螺旋桨初步设计过程中予以充分考虑。
[Abstract]:Under the dual driving of energy saving and emission reduction, the design and application of high efficiency propeller have attracted much attention. The design method of optimal annular volume of propeller is an important method in the theoretical design of propeller. The early design theory did not consider the role of the propeller hub, but the impeller hub is real, so an infinite cylindrical mirror vortex method is proposed to simulate the impeller hub effect. However, the mirror vortex method can not completely reflect the boundary conditions of the propeller hub surface, and the range of application is limited. In this paper, a high precision panel method is proposed to simulate the influence of propeller hub, and based on this method, an optimal design method of propeller ring is established, which is of academic significance and engineering application value. Firstly, the high precision panel method is used to simulate the impeller hub, and the relationship between the impeller hub and the impeller ring is established by deducing the uniform coefficient of induced velocity influence. Furthermore, an optimal design method for the coupling of the lift line of the propeller blade and the surface element method of the propeller hub considering the influence of the propeller hub is proposed. Secondly, the numerical problems, such as the singularity of the lift line model in the leaf root and tip, the convergence of the discrete wake model and so on, are studied and analyzed, and the proposed treatment methods are given. The reliability of the numerical method is tested. Thirdly, the DTMB 4119 propeller is redesigned by using the design method in this paper, and compared with the traditional design results, the feasibility of the new design method is verified. On this basis, the influence of propeller hub shape and wake flow on the optimal annular distribution of propeller is further analyzed. The results show that the radius of propeller hub has great influence and the suitable wake design should be carried out. Then, taking a bulk carrier as an example, the propeller design with given three patterns of propeller ring distribution and optimal ring distribution is carried out, and the differences of the design results of four kinds of ring distribution are analyzed and compared. The results show that the optimal ring distribution has the highest open water efficiency in the lift line theory. Finally, when considering the influence of propeller hub, the induced resistance of propeller hub caused by the change of ring volume is discussed. When the load of blade root increases, the induced resistance of propeller thrust will change by about 1%. The resistance variation should be fully considered in the preliminary design of propeller.
【学位授予单位】:中国舰船研究院
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:U664.33
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,本文编号:1802093
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