高性能復(fù)合材料螺旋槳的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及水彈性優(yōu)化.pdf

1、螺旋槳噪聲是艦艇輻射噪聲的主要來源之一。隨著艦艇聲隱身性能要求的日益緊迫，螺旋槳在艦艇減振降噪技術(shù)中占據(jù)核心地位。近年來，復(fù)合材料螺旋槳作為一種新型推進(jìn)器，是實(shí)現(xiàn)低振動(dòng)低噪聲艦艇的關(guān)鍵，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理與傳統(tǒng)金屬螺旋槳差異較大，因而其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能分析方法是目前研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。本文通過分析復(fù)合材料螺旋槳的工作特點(diǎn)和受力特性，結(jié)合螺旋槳理論、計(jì)算流體力學(xué)方法和層合結(jié)構(gòu)有限元分析方法，提出了敞水狀態(tài)和非均勻流下復(fù)合材料螺旋槳的流固耦合

2、數(shù)值模擬方法，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料螺旋槳的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和水彈性優(yōu)化，具體內(nèi)容如下：
　　通過對復(fù)合材料螺旋槳的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理進(jìn)行研究，揭示了復(fù)合材料螺旋槳與傳統(tǒng)金屬螺旋槳在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及分析等方面存在的差異，表明了流固耦合作用在復(fù)合材料螺旋槳研究過程中的重要性。
　　將基于粘流理論的計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的有限元分析方法相結(jié)合，建立了復(fù)合材料螺旋槳的三維穩(wěn)態(tài)流固耦合控制方程和瞬態(tài)水彈性控制方程，為復(fù)合材料螺旋槳的CFD/FE

3、M流固耦合數(shù)值模擬計(jì)算提供了理論基礎(chǔ)。
　　提出了敞水狀態(tài)下復(fù)合材料螺旋槳穩(wěn)態(tài)流固耦合過程的數(shù)值模擬方法，通過不同網(wǎng)格尺寸完成了收斂計(jì)算，驗(yàn)證了該方法的正確性；分析并評價(jià)了五葉和七葉復(fù)合材料螺旋槳的敞水性能、定常水動(dòng)壓力、剛度、強(qiáng)度；研究了流固耦合作用對不同槳型影響的差異，體現(xiàn)了流固耦合計(jì)算對復(fù)合材料螺旋槳在研究過程中的重要性；通過與金屬螺旋槳的性能進(jìn)行對比，揭示了兩種材料螺旋槳間的性能差異及其產(chǎn)生機(jī)理；采用預(yù)變形策略，結(jié)合穩(wěn)態(tài)流

4、固耦合計(jì)算結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了復(fù)合材料螺旋槳的外形重構(gòu)。
　　基于有限元方法，提出了復(fù)合材料螺旋槳槳葉的聲學(xué)流固耦合濕模態(tài)計(jì)算方法；分析了五葉復(fù)合材料螺旋槳槳葉的干、濕模態(tài)性能，體現(xiàn)了附加質(zhì)量對模態(tài)性能的影響；通過與金屬螺旋槳進(jìn)行比較，揭示了材料特性與濕模態(tài)性能之間的關(guān)系；根據(jù)基于模態(tài)應(yīng)變能的有限元方法，提出了復(fù)合材料螺旋槳槳葉結(jié)構(gòu)阻尼的數(shù)值計(jì)算方法，通過與實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析結(jié)果比較，驗(yàn)證了該方法的正確性；計(jì)算并評價(jià)了不同層合參數(shù)對復(fù)合材料螺旋

5、槳槳葉結(jié)構(gòu)阻尼的影響，顯示了復(fù)合材料螺旋槳槳葉結(jié)構(gòu)阻尼的可設(shè)計(jì)性；通過完成不同層合參數(shù)下復(fù)合材料螺旋槳的阻尼結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析，建立了利用結(jié)構(gòu)阻尼設(shè)計(jì)評價(jià)復(fù)合材料螺旋槳結(jié)構(gòu)動(dòng)力性能的方法。
　　基于三維非線性水彈性理論，提出了非均勻流下復(fù)合材料螺旋槳瞬態(tài)流固耦合過程的數(shù)值模擬方法，通過不同網(wǎng)格尺寸和不同時(shí)間步完成了收斂計(jì)算，驗(yàn)證了該方法的正確性；分析了設(shè)計(jì)工況下五葉和七葉復(fù)合材料螺旋槳的水彈性力學(xué)性能：包括非定常水動(dòng)載荷、非定常水動(dòng)