最大空泡起始航速及最小空泡脉动压力螺旋桨设计

发布时间：2017-08-28 11:32

  本文关键词：最大空泡起始航速及最小空泡脉动压力螺旋桨设计

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【摘要】：众所周知,空泡在船舶振动与噪声控制方面的研究意义重大。本文论述了一种船舶螺旋桨设计及优化方法,其目的在于最大限度地提高空泡起始临界航速,尽可能地降低空泡诱导脉动压力,同时水动力效率损失很小。 为最大化非均匀伴流场中的螺旋桨空泡起始航速,Eppl er叶剖面设计方法及概念已被广泛认可。然而,对目前Eppl er剖面设计参数的选取仍是一件令人烦恼的事情,或者说没有直接的办法。在本文中,通过参数影响分析,以桨叶剖面吸力面片空泡裕度、泡空泡裕度以及压力面片空泡裕度为目标,提出了一种剖面优化设计模型。基于遗传算法(GA),在iSIGHT软件中建立了最大空泡起始航速的多目标叶剖面优化设计技术,并给出了设计实例。 本文采用数值模拟方法研究了叶剖面片空泡体积在准定常条件下的变化特性,其中提出了一个表征空泡叶剖面工作环境的修正参数σ*=(σ+Cpl)/(α-αi),取代原有的环境参数σ/(α-αi)。叶剖面空泡体积随σ*的变化过程可分为缓慢、过渡及急剧三个不同阶段。为了实现对设计叶剖面空泡体积的快速预报,通过对剖面全湿流压力分布的参数化,建立了剖面几何与对应片空泡体积的相关性,获得了可快速预报空泡体积的回归公式。 在上述剖面片空泡体积预报的基础上,结合船后螺旋桨叶剖面工作环境,推荐了低激振叶剖面设计流程,针对典型集装箱船螺旋桨剖面进行了比较设计研究。同样为了解决低激振剖面设计流程中的参数选择问题,同时得到最优剖面,本文将上述基于遗传算法的优化设计技术成功拓展应用到最小空泡脉动压力叶剖面优化设计中,其中的设计目标通过对空泡脉动压力由傅里叶方法进行了时频转换,选取了前三阶脉动压力叶频幅值。 推荐了船舶螺旋桨最大空泡起始航速和最小空泡脉动压力设计准则。考虑三维效应,采用升力面设计方法,将优化剖面转化到桨叶构型,包括了叶剖面几何与螺距角。因此,构建了一个完整的螺旋桨设计流程。通过设计实例证实了本论文中的方法,通过模型试验验证了设计结果的一致性。 上述研究将螺旋桨空泡研究成果融入到优化设计方法中,提供了一种船舶螺旋桨可靠、实用的设计手段。经过与工程实践结合,本文的方法可进一步发展成为船舶减振降噪设计工具,提高现有螺旋桨设计水平。
【关键词】：空泡起始 空泡脉动压力 叶剖面优化 遗传算法 空泡体积
【学位授予单位】：中国舰船研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U664.33;U661.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-7
• 目次7-9
• 第一章 绪论9-16
• 1.1 空化的影响9-10
• 1.2 叶剖面设计方法10-14
• 1.3 论文研究的目的和意义14-16
• 第二章 螺旋桨叶片设计进展16-27
• 2.1 引言16-18
• 2.2 螺旋桨设计方法18-25
• 2.3 论文研究内容25-27
• 第三章 最大空泡起始航速的剖面优化27-39
• 3.1 最大空泡起始航速剖面优化问题27-30
• 3.2 最大空泡起始航速剖面优化策略30-34
• 3.3 DTMB5415 护卫舰螺旋桨剖面优化34-39
• 第四章 剖面空泡脉动压力设计方法39-61
• 4.1 引言39-42
• 4.2 片空泡体积计算42-53
• 4.3 剖面空泡脉动压力设计流程53-56
• 4.4 5600TEU 集装箱船螺旋桨剖面设计56-61
• 第五章 最小空泡脉动压力剖面优化61-84
• 5.1 引言61-62
• 5.2 片空泡体积统计预报方法62-72
• 5.3 最小空泡脉动压力剖面快速设计流程72-75
• 5.4 最小空泡脉动压力剖面优化技术75-77
• 5.5 5600TEU 集装箱船螺旋桨剖面优化77-84
• 第六章 最大空泡起始航速螺旋桨设计84-98
• 6.1 引言84-85
• 6.2 最大空泡起始航速准则85
• 6.3 最大空泡起始航速桨叶设计流程85-88
• 6.4 DTMB 5415 护卫舰螺旋桨设计应用88-98
• 第七章 最小空泡脉动压力螺旋桨设计98-109
• 7.1 最小空泡脉动压力准则98
• 7.2 最小空泡脉动压力桨叶设计流程98-100
• 7.3 5600TEU 集装箱船螺旋桨设计应用100-109
• 第八章 试验验证109-123
• 8.1 试验准备109-115
• 8.2 螺旋桨空泡起始航速设计验证115-118
• 8.3 螺旋桨脉动压力设计验证118-123
• 第九章 总结与展望123-125
• 9.1 全文总结123-124
• 9.2 研究展望124-125
• 致谢125-126
• 附录 空泡体积预报的回归公式126-130
• 参考文献130-137
• 攻读博士学位期间发表的论文、获奖及专利137-138
• 一 论文137-138
• 二 获奖138
• 三 专利138

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 董世汤,唐登海,周伟新;CSSRC的螺旋桨定常面元法[J];船舶力学;2005年05期

2 ARNDT Roger E. A.;;SOME REMARKS ON HYDROFOIL CAVITATION[J];Journal of Hydrodynamics;2012年03期

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本文编号：747870