仿生导管桨水动力性能研究

摘要

受座头鲸带有前缘凸起鳍的启发,将凹凸结节应用于桨叶导边,试图改善导管桨在系柱及小进速系数工况下的水动力和空泡性能.运用建模软件和自编程序,以19A导管+Ka4-70螺旋桨作为原型桨,重点进行内凹设计:通过改变特定位置剖面弦长,设计出带有凹凸形导边的仿生导管螺旋桨.运用商业CFD软件开展其水动力性能与流动的模拟与分析,建立仿生导管桨性能分析的CFD数值仿真预报方法.开展了导边凹凸结构的变参数计算研究,选择效率提高最多的仿生桨进行了流场分析.基于CFD计算结果,初步发现:(1)导边凹凸结节的内凹程度越大,桨叶推力和扭矩相比原型桨降低越多,一定范围内效率提升越明显,但是叶梢附近导边布置凹凸结节不利于提高推进效率.(2)凹谷处切面的桨叶推力会有所提高以补偿因桨叶表面积减少造成的推力损失.