【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)工作模式下的研究內(nèi)容較少也不夠深入。緊急倒車時來流的“負(fù)”攻角會在槳葉的導(dǎo)邊附近引起大量的流動分離,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,對螺旋槳緊急倒車模式下的水動力性能及強度特性進(jìn)行大量的計算,進(jìn)而分析緊急倒車模式下螺旋槳的載荷、流場及其強度特性。本文主要對螺旋槳緊急倒車模式下的載荷、流場和強度特性進(jìn)行了大量的數(shù)值計算并分析其規(guī)律和特征。首先,總結(jié)國內(nèi)外螺旋槳緊急倒車模式下的水動力性能、強度特性的研究現(xiàn)狀,提出現(xiàn)有研究存在的問題,進(jìn)而引出本文研究關(guān)注的問題,最終確定本文的主要研究內(nèi)容:以E1619槳為模型,對緊急倒車模式螺旋槳的敞水性能進(jìn)行大量計算,利用統(tǒng)計學(xué)的知識對其水動力載荷、流場及強度特性進(jìn)行分析。在上述計算結(jié)果的基礎(chǔ)上,結(jié)合Star CCM+和ABAQUS的各自優(yōu)勢,建立了螺旋槳緊急倒車模式下結(jié)構(gòu)強度的靜力分析方法,對螺旋槳正倒車運行條件下的強度特性進(jìn)行計算,總結(jié)螺旋槳正倒車運行的強度特性。對艇-槳一體條件下螺旋槳緊急倒車的性能進(jìn)行了計算分析,采用的潛艇是標(biāo)準(zhǔn)Sub-off模型,同上述建立的方法一樣,對螺旋槳的水動力載荷、流場以及上游艇體對槳性能的影響進(jìn)行了計算分析。結(jié)果表明:艇體指揮臺對尾部舵的來流影響十分微弱,在后續(xù)計算中可以采用艇體后半段進(jìn)行計算,上游艇體的存在增大螺旋槳的“推力”性能及側(cè)向力性能,同時上游艇體的存在對槳盤面附近的環(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)下螺旋槳的靜力強度特性,為緊急倒車條件下螺旋槳的設(shè)計、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力性能及強度特性,為未來深入研究緊急倒車模式下螺旋槳的水動力性能和強度特性提供基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：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十分復(fù)雜的流動過程，在這個過程中，螺旋槳的水動力載荷逡逑會發(fā)生急劇的變化，會對螺旋槳的性能產(chǎn)生巨大的影響。因此螺旋槳的參數(shù)設(shè)計，尤其逡逑是針對潛艇靜音設(shè)計的七葉大側(cè)斜螺旋槳，若在設(shè)計階段沒有充分、細(xì)致的評估其在非逡逑設(shè)計工況時的水動力性能和強度特性，如緊急倒車模式時，螺旋槳承受的水動力載荷和逡逑結(jié)構(gòu)變形，則會嚴(yán)重威脅螺旋槳的結(jié)構(gòu)安全，進(jìn)而威脅整個潛艇的推進(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潛艇安全操縱的影響，將會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力性能及強度特性對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程存在極大的困難，因此將緊急倒車過程離散化成一個準(zhǔn)靜止過程是一個重要逡逑的、間接的研究螺旋槳緊急倒車模式下性能的方法，同時亦能為研究適合模擬螺旋槳緊逡逑急倒車過程的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)行的實驗?zāi)Ｐ鸵恢�，但對其實驗使逡逑用的槳轂進(jìn)行了簡化，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)值模逡逑擬計算，本文為消除邊界效應(yīng)對計算結(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)計工況點（－）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、時間步長對計算結(jié)果的影響，本文選用了三套計算網(wǎng)格針對設(shè)逡逑計進(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；時間步長分別取螺旋槳旋轉(zhuǎn)１°、２°、４°所需時間Ａ／／２、Ａ／、逡逑２Ａ／，進(jìn)而進(jìn)行時間步長收斂性分析。逡逑１１逡逑

本文采用的Ｐ４３８１槳模型同Ｊｅｓｓｕｐ等人進(jìn)行的實驗?zāi)Ｐ鸵恢�，但對其實驗使逡逑用的槳轂進(jìn)行了簡化，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)值模逡逑擬計算，本文為消除邊界效應(yīng)對計算結(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)計工況點（－）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、時間步長對計算結(jié)果的影響，本文選用了三套計算網(wǎng)格針對設(shè)逡逑計進(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；時間步長分別取螺旋槳旋轉(zhuǎn)１°、２°、４°所需時間Ａ／／２、Ａ／、逡逑２Ａ／，進(jìn)而進(jìn)行時間步長收斂性分析。逡逑１１逡逑

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3 付

本文編號：2796531