水下航行體泵噴推進(jìn)器非定常水動力預(yù)報(bào)的面元法研究.pdf

1、本文采用基于速度勢的雙曲面元法,對單槳的定常和非定常、導(dǎo)管槳的定常和非定常性能以及泵噴推進(jìn)器的定常和非定常性能預(yù)估進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,主要的內(nèi)容由以下幾個方面組成:◆單槳和單導(dǎo)管的定常性能預(yù)估基于速度勢的雙曲面元法,對單槳定常性能計(jì)算進(jìn)行了研究.首先,考核了面元影響系數(shù)計(jì)算方法,影響系數(shù)計(jì)算采用兩種不同的計(jì)算方法: 近場采用精確公式和遠(yuǎn)場采用高斯積分近似公式.通過對求解影響系數(shù)算例的驗(yàn)證,決定將雙曲四邊形面元進(jìn)一步分解為三角形面元

2、進(jìn)行影響系數(shù)的計(jì)算.然后,對影響槳性能計(jì)算精度的一些參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)考核,例如:不同的尾渦模型,網(wǎng)格劃分形式,網(wǎng)格數(shù)目等.對于單導(dǎo)管的定常性能預(yù)估,添加了斜流情況下進(jìn)流處理. ◆單槳的非定常性能預(yù)估根據(jù)非定常的特點(diǎn),計(jì)算程序有別于第一部分,主要為:奇點(diǎn)系統(tǒng)在各個槳葉上分布；在每一時(shí)刻,各個槳葉的隨邊都滿足等壓庫塔條件,槳的泄出渦強(qiáng)度以時(shí)間序列更新.以挪威船舶技術(shù)研究所(MARINTEK)提供的PF-W-B槳和22<'nd> ITT

3、C Propulsion Committee關(guān)于面元法討論會上推薦的HSP槳與D4679槳作為算例進(jìn)行驗(yàn)證.◆導(dǎo)管槳的定常性能預(yù)估導(dǎo)管和螺旋槳都采用速度勢的雙曲面元法,兩者的水動力影響通過迭代來進(jìn)行.槳對導(dǎo)管的誘導(dǎo)速度采用周向平均和周向非平均兩種處理方法. 在系統(tǒng)研究了一些重要參數(shù)對導(dǎo)管螺旋槳性能預(yù)估的影響之后,對常規(guī)導(dǎo)管槳和導(dǎo)管調(diào)距槳的水動力性能進(jìn)行了預(yù)估.◆導(dǎo)管槳的非定常性能預(yù)估導(dǎo)管和螺旋槳都采用非定常速度勢的雙曲面元法.

4、在時(shí)域范圍內(nèi)通過迭代計(jì)算考慮槳和導(dǎo)管的相互影響,槳泄出渦與導(dǎo)管泄出渦之間的非定常干擾采用了時(shí)域內(nèi)簡化處理. 以JD7704導(dǎo)管+Ka4-55(P/D=0.8)簡易導(dǎo)管槳為算例,假定兩個流動情況:(1)均勻來流；(2)周向變化的軸向伴流Wx=0.3+0.3xcos20,對非定常程序進(jìn)行了考核.還對MARINTEK提供的在空間非均勻伴流場中的導(dǎo)管螺旋槳進(jìn)行了性能計(jì)算,計(jì)算發(fā)現(xiàn):螺旋槳轉(zhuǎn)動過四圈后,計(jì)算結(jié)果就已達(dá)到收斂. ◆泵噴

5、推進(jìn)器的定常和非定常性能預(yù)估對均流中泵噴推進(jìn)器的定常水動力性能,建立了一個面元導(dǎo)管+面元轉(zhuǎn)子+面元定子的數(shù)值計(jì)算方法,運(yùn)用兩兩之間輪番迭代求解法來預(yù)報(bào)泵噴推進(jìn)器的定常性能.其中,相互之間的誘導(dǎo)速度場計(jì)算都是采用周向平均化處理.對非均流中的泵噴推進(jìn)器的水動力性能,運(yùn)用每個時(shí)間步長兩兩之間輪番迭代求解法來預(yù)報(bào)泵噴推進(jìn)器的非定常性能.轉(zhuǎn)子采用的尾渦模型與導(dǎo)管槳中槳采用的尾渦模型一致.定子的尾渦模型可以采用直尾渦模型或扭曲旋轉(zhuǎn)的尾渦模型.