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【6h】

螺旋桨与舵附推力鳍相互干扰水动力性能数值计算

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第1章绪论

1.1引言

1.2研究综述

1.2.1桨舵干扰的理论研究

1.2.2桨舵干扰的实验研究

1.2.3舵附推力鳍的理论与试验研究研究

1.3论文工作内容及意义

第2章三维舵的面元法理论研究

2.1定常面元法理论

2.2水动力性能的数值分析模型

2.3考虑端部梢涡卷起的三维短翼面元法

2.3.1短翼端部涡面卷起现象

2.3.2舵面边界条件及环量求解

2.3.3数值计算结果的考察分析

2.5非定常面元法计算三维舵水动力性能

2.5.1基本公式及边界条件

2.5.2数值计算

2.5.2计算结果及分析

2.6本章小结

第3章螺旋桨水动力性能数值计算

3.1螺旋桨水动力性能定常面元法计算

3.1.1螺旋桨的几何形状

3.1.2基本方程的数值解法

3.1.3定常面元法数值计算结果

3.2螺旋桨后尾流场理论计算

3.3应用面元法计算非定常螺旋桨水动力性能

3.3.1基本公式

3.3.2数值计算过程

3.3.3非定常面元法数值计算结果及分析

3.4本章小结

第4章螺旋桨-舵附推力鳍水动力性能数值计算

4.1螺旋桨-舵附推力鳍水动力性能定常面元法计算

4.1.1坐标建立及理论分析过程

4.1.2螺旋桨尾涡模型的处理

4.1.3计算结果及分析

4.2非定常流中螺旋桨-舵附推力鳍相互干扰水动力性能计算

4.2.1理论分析及模型建立

4.2.2非定常计算实例及结果分析

4.3特殊剖面翼型-鱼形舵的水动力性能计算

4.3.1鱼形舵及改进鱼形舵水动力性能计算

4.3.2非定常桨后鱼形舵水动力性能计算

4.3.3鱼形舵在舵附推力鳍上的应用

4.4本章小结

第5章基于FLUENT的螺旋桨与舵附推力鳍数值模拟

5.1选用FLUENT的原因

5.2流体动力学控制方程

5.3模型建立及网格划分

5.4螺旋桨-舵的水动力性能数值计算

5.4.1边界条件的设定

5.4.2数值计算结果及分析

5.5螺旋桨-舵附推力鳍组合体水动力性能计算

5.5.1推力鳍安装角对推力鳍助推效率的影响

5.5.2不同数目的推力鳍对助推效率的影响

5.6本章小结

结 论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致 谢

附 录

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摘要

本文采用面元法理论以及计算流体力学软件FLUENT对螺旋桨与舵附推力鳍组合体系统进行了理论计算。对影响推力鳍助推效率的主要参数进行了比较系统、全面的变尺度研究。本论文的主要内容包括以下几个方面: 采用面元法计算了三维舵的水动力性能。针对三维舵存在的端部梢涡及其尾涡卷起的现象,提出了一种新的考虑端部梢涡卷起的三维短翼理论计算模型。由端部及尾涡面上的运动学边界条件来确定端部梢涡及涡面卷曲形状。对各组不同展弦比敞水舵水动力性能进行了数值计算,并与试验结果进行了比较。 采用面元法理论计算定常与非定常螺旋桨水动力性能。在螺旋桨非定常水动力性能的计算中,船体对螺旋桨的影响以桨盘面处的非均匀伴流来模拟。计算结果与试验结果进行了比较,表明理论计算方法的可靠性。计算了螺旋桨在旋转一周过程中表面压力分布以及某一片桨叶的推力变化情况。 采用面元法计算了非均匀流中螺旋桨与舵附推力鳍的非定常干扰问题,计算了螺旋桨在旋转一周内推力鳍的助推效率的变化。分析了加装舵附推力鳍之后螺旋桨水动力性能的变化。分析了不同螺旋桨尾涡模型对舵附推力鳍水动力性能的影响。引入了特殊的剖面形状-鱼形鳍在推力鳍上进行计算。对影响推力鳍助推性能的几个主要参数进行了变尺度研究。 对于螺旋桨、舵附推力鳍组合体系统进行仿真计算。采用计算流体力学软件FLUENT计算某型螺旋桨不同进数系数下的推力系数、转矩系数、螺旋桨表面压力分布、速度分布以及桨后舵附推力鳍的推力效率变化情况等。计算了在舵的两侧加装不同数目的推力鳍之后螺旋桨.舵附推力鳍整个系统的推力效率的变化。计算了不同数目的推力鳍助推效率随着安装角的变化。

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