弦向负荷分布对螺旋桨效率和空泡影响的分析及设计程序改进

发布时间：2020-06-22 01:41

【摘要】：船舶螺旋桨设计在国际竞争中日趋激烈,主要集中于效率和空泡性能的竞争。采用径向最佳环量分布有助于螺旋桨效率的提升,而对负荷的弦向分布是否会对效率产生影响的研究很少。而通常为提升效率降低盘面比,加剧了螺旋桨的空泡,剥蚀风险提升。本文采用不同的弦向负荷分布进行螺旋桨实例设计,分析弦向负荷分布对螺旋桨效率和空泡的影响。此外,中国船舶科学研究中心的升力面设计程序采用从三维边界条件简化得到的二维形式求解拱弧面,存在改进空间。本文将三维边界条件作为螺旋桨几何的求解方法,建立新的升力面设计程序。首先,对螺旋桨边界条件进行分析,建立采用三维边界条件的升力面设计程序,并采用原程序对新程序进行校核。结果表明在小纵倾设计条件下,两程序计算的螺旋桨几何及水动力性能差别不大。但对于大纵倾螺旋桨,应采用三维边界条件设计。其次,采用面元法程序对效率好的实例桨进行水动力预报,分析其弦向负荷分布形式。根据分析结果,建立了新的弦向负荷分布模型。然后,采用不同的弦向负荷分布对某集装箱船进行螺旋桨理论设计。对设计桨进行CFD方法水动力验证。采用面元法程序对各设计桨进行压力预报,选定试验方案。并对选定方案进行非定常面元法压力预报。最后,把最终确定的方案进行桨模加工,在中国船舶科学研究中心的循环水槽对桨模进行船后水动力试验和空泡试验。结果表明弦向负荷分布对效率无明显的影响,但对空泡影响较为显著。因此,在剥蚀风险较大的外半径,可以采用新建立的弦向负荷分布形式,以提升空泡强度使其破裂在叶片区外,可能降低螺旋桨的剥蚀风险。
【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】：2018
【分类号】：U664.33
【图文】：

螺旋桨,参考面,几何形状,边界条件

桨的几何表达的设计问题可以采用升力线理论解决。在升力线理论中，按照推力要环量、水动力螺距角以及几何螺距角的径向分布。但是升力线理论设二维机翼理论选择拱弧线分布的，因此并没有真正地去满足边界条件得到叶片的几何形状需要升力面方法来完成。学形式表达螺旋桨的边界条件首先需要获得其几何形状的数学表达式献[17] 第三章 3.2 节的几何表达形式，假设螺旋桨在原地作旋转运动，上的旋转坐标系( )。轴与桨轴重合向下游为正；为径向坐标，右手法则规定其正向，见图 2-1-(a)。通叶根剖面鼻尾线中点的径向线定线，规定1号叶片上的螺旋桨参考线为 = 。通过螺旋桨参考线作与 = ，见图 2-1-(b)。以导边至随边为的正向规定叶片的导边和随边旋桨，因此旋转方向与相反，见图 2-1-(c)。

负荷分布,尾线,曲线坐标,弦向

弦向负荷分布对螺旋桨效率和空泡影响的分析及设计程序改进，它的表达式为 = ( ) 令桨叶剖面鼻尾线中点的坐标为( ) = ( ) = ( ) ( ) ф = ( ) 在旋转坐标系中，参考面的方程为 ( ) = ф ( ) = 通常螺旋桨的型值是以沿弦向和垂直于弦向的坐标给出的，建立沿 , 从螺旋桨叶片参考线开始，向随边为正，向导边为负，见图 2-2。

【参考文献】