本文關鍵詞：基于SBD理論的螺旋槳水動性能設計新方法研究

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【摘要】：將基于幾何造型技術的形狀重構方法與數(shù)值仿真評估技術(CFD,Computational Fluid Dynamics)及最優(yōu)化理論集成起來,形成了一種源于嚴謹數(shù)理控制、由目標驅動設計的形狀構型設計新模式——Simulation Based Design(SBD)理論,該設計模式已在船舶水動力構型設計領域得到了應用與驗證,取得了十分顯著的減阻節(jié)能效果。本文將SBD設計模式引入螺旋槳設計領域,重點突破了螺旋槳三維幾何的變形與重構技術,結合螺旋槳水動性能的CFD評估工具,借助ISIGHT優(yōu)化平臺,初步構建了基于SBD理論的螺旋槳水動性能設計新方法。并以敞水效率、最小壓力系數(shù)值等最優(yōu)為目標開展了螺旋槳的優(yōu)化設計。首先,對傳統(tǒng)螺旋槳設計方法進行了分析論述,并介紹了SBD理論的數(shù)學內(nèi)涵。重點研究了基于幾何造型技術的螺旋槳FFD方法,采用較少的設計變量(控制點)即可實現(xiàn)螺旋槳三維幾何的自動變形與重構。在此基礎上,利用ISIGHT優(yōu)化平臺,集成螺旋槳CFD水動力數(shù)值評估工具,構建了基于SBD理論的螺旋槳水動力優(yōu)化設計流程。隨后,以螺旋槳二維槳葉剖面NACA 661-212為對象,采用NURBS曲線實現(xiàn)了槳葉剖面的自動變形與重構,并以升阻比和最小壓力系數(shù)值為設計目標,選用多目標粒子群優(yōu)化算法開展了二維槳葉剖面的多目標優(yōu)化設計,得到了兩個設計目標均有改善的一系列設計方案。其中一設計方案的兩設計目標的改善幅度比較相當,其升阻比收益可達20.55%,最小壓力系數(shù)值的收益可達21.36%。螺旋槳二維槳葉剖面的優(yōu)化設計結果初步驗證了SBD理論的可行性及其在螺旋槳設計領域的潛力。然后,以性能優(yōu)良的DTMB P4119槳對象,分別以敞水效率和最小壓力系數(shù)值為設計目標進行了設計研究,設計所得結果的收益不大,但初步驗證了設計方法的可行性。在此基礎上,以實際工程應用的某觀景船的MAU槳為對象,利用粒子群優(yōu)化算法開展了以敞水效率最優(yōu)為目標的設計研究。設計得到的最優(yōu)方案的效率可以提高2%,而表征空泡性能的最小壓力系數(shù)值也提高了22%,且最優(yōu)設計方案在整個進速系數(shù)范圍內(nèi)的綜合水動性能都優(yōu)于原槳,從而充分體現(xiàn)了基于SBD理論的設計新方法在螺旋槳設計領域的優(yōu)越性。
【學位授予單位】：中國艦船研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U664.33

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