水面船舶螺旋槳誘導(dǎo)激振力數(shù)值預(yù)報(bào)分析.pdf

1、螺旋槳在船尾三向非均勻伴流場(chǎng)中工作會(huì)產(chǎn)生周期性變化的激勵(lì)力，使得船體水下噪聲和船體振動(dòng)顯著增強(qiáng)，因此人們對(duì)螺旋槳誘導(dǎo)激振力的變化規(guī)律和預(yù)報(bào)方法也是極為關(guān)切。由于在船尾工作的螺旋槳與船舵之間的耦合作用復(fù)雜，要想準(zhǔn)確預(yù)報(bào)螺旋槳激振力，無(wú)論是理論計(jì)算還是試驗(yàn)測(cè)量都還具有一定難度，隨著 CFD數(shù)值計(jì)算方法的日益成熟，運(yùn)用數(shù)值方法預(yù)報(bào)和分析螺旋槳誘導(dǎo)激振力不失為一個(gè)有效的方法。
　　本文選取KCS船與KP505螺旋槳作為主要研究對(duì)象，在FL

2、UENT中建立數(shù)值水池模型，利用RANS方法和VOF模型，開(kāi)展了模型和實(shí)船尺度下船槳舵一體并考慮自由液面影響條件下的螺旋槳誘導(dǎo)激振力數(shù)值預(yù)報(bào)研究。同時(shí)，模型尺度時(shí)還針對(duì)斜流工況下DTMB4679單槳和KCS船槳舵一體進(jìn)行了螺旋槳誘導(dǎo)激振力數(shù)值計(jì)算分析，以獲得不同斜流角下激振力變化規(guī)律。
　　為了驗(yàn)證本文計(jì)算方法的準(zhǔn)確性，首先對(duì)WP03槳進(jìn)行敞水性能和空化性能校核，進(jìn)而再對(duì)KCS船和KP505槳進(jìn)行船模自航計(jì)算，結(jié)果顯示計(jì)算值與試驗(yàn)

3、值均吻合良好，預(yù)報(bào)精度滿足水動(dòng)力計(jì)算要求。然后基于瞬態(tài)二相流計(jì)算監(jiān)測(cè)得到船槳舵一體螺旋槳非定常軸承力和誘導(dǎo)脈動(dòng)壓力的時(shí)域數(shù)據(jù)，并通過(guò)快速傅里葉變換分析其頻譜特性。
　　斜流作為一種相對(duì)簡(jiǎn)單的非均勻來(lái)流，為了探討斜流中螺旋槳誘導(dǎo)激振力的變化的一般規(guī)律，對(duì) DTMB4679螺旋槳斜流中的非定常水動(dòng)力性能進(jìn)行計(jì)算，主要考察了槳葉表面壓力分布，分析了單片槳葉的受力變化。然后監(jiān)測(cè)獲取不同工況下的螺旋槳激振力數(shù)據(jù)，以總結(jié)出斜流條件下進(jìn)速系數(shù)和

4、斜流角度對(duì)螺旋槳誘導(dǎo)激振力的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)不同漂角下 KCS船槳舵一體螺旋槳誘導(dǎo)激振力進(jìn)行預(yù)報(bào)，結(jié)果顯示隨著漂角的不斷增大，船體阻力、側(cè)向力和艏搖力矩系數(shù)也不斷增大。同時(shí)，無(wú)論是葉頻還是倍葉頻處，推力、轉(zhuǎn)矩和船體表面力脈動(dòng)峰值在有漂角時(shí)均要大于直航狀態(tài)。
　　為了考慮激振力尺度效應(yīng)的影響，首先開(kāi)展實(shí)尺度的船槳自航模擬，確定其自航點(diǎn)，然后計(jì)算得到了實(shí)尺度船體周圍流場(chǎng)和螺旋槳激振力，并與模型計(jì)算結(jié)果對(duì)比，發(fā)現(xiàn)實(shí)船伴流場(chǎng)