高速艇螺旋桨设计计算系统开发研究

摘要

相比于常规船型,高速艇有很多自身的特点,其中包括:在设计高速艇时,考虑到其对航速和航态的特殊要求,设计者通常会将艇型设计得复杂多变,以降低来流对艇体的阻力、提升艇的适航性和操纵性;另外高速艇在航行时,其艇体航态随航速的变化而产生较大变化。高速艇的这些艇体特征和运动特征会导致船后伴流场的不均匀程度明显升高,从而引起其螺旋桨空泡产生加剧、船体振动和噪声增大等一系列问题。因此在设计高速艇螺旋桨时,有必要应用环流理论法进行设计计算,以使艇一机一桨达到更好的匹配。
　　论文阐述了一款自行开发的可用于高速艇螺旋桨初步设计的设计计算软件,并对其方法进行了详细介绍。该软件主要面向工程应用,因此计算过程选择基于升力线理论和升力面修正的方法,该方法相对简单易行,且可满足工程精度的要求。本软件可针对高速艇航速高,主机功率大,螺旋桨转速快、船后伴流复杂等特点,设计出水动力性能、空泡性能及强度均满足设定要求的螺旋桨。设计计算系统为桨叶剖面上的环量分布提供了四种载入方式,分别为:用户自定义任意环量分布形式、程序内置任意环量分布形式、最佳环量分布形式、以及初设水动力螺距比形式。在桨叶剖面翼型选择上,提供了较适用子船用螺旋桨的四种形式,分别为:具有NACAa=0.8拱弧线的NACA66(MOD)剖面、具有NACAa=0.8拱弧线的NACA16剖面、具有NACA65拱弧线的NACA16剖面以及具有NACAa=0.8拱弧线的准椭圆剖面。此外,设计计算系统提供了四种较为简单有效的桨叶侧斜分布形式,供用户选择使用。
　　论文叙述了升力线理论计算螺旋桨性能参数及叶剖面几何参数的具体过程,并介绍在此基础上加以升力面修正的方法,同时阐述了水动力性能及强度校核的准则及具体调节方法。文中还描述了在考虑来流不均匀性的影响时对二元切面的空泡斗进行修正的方法,并探讨了一种基于Theodorsen方法和边界层修正的的螺旋桨空泡数值计算的新方法,以试图更好的预报桨叶的空泡特性。
　　论文在理论方法的基础上开发了系统计算软件。在软件编制过程中采取模块化编程方式,其中使用Visual Basic.NET进行可视化界面开发,采用Fortran语言进行计算程序的编写,二者使用动态链接库(DLL)进行数据交换。此外,为使计算所得螺旋桨数据表达更直观,且可为工程制造提供依据,系统与专业绘图软件AUTOCAD连接,提供螺旋桨自动绘图功能。
　　论文最后进衍了两例验证性设计计算,以检验设计计算系统计算的准确性与可靠性。其中一个算例为《CB/Z219-87水面舰艇螺旋桨设计计算方法》中所载的一艘护卫舰螺旋桨设计算例;另一个算例的原始数据原自某巡逻艇螺旋桨模型试验(该试验对桨模进行了水池敞水试验、水洞中流体动力特性试验、噪声测量、压力脉动测量和剥蚀显示试验等工作,结果令人满意)。算例验证表明,本设计计算系统计算结果与上述两例螺旋桨原始数据值有很好的符合性,从而初步验证了本设计计算系统计算结果的可靠性。所以,本设计计算系统在高速艇螺旋桨设计工程实际应用中具有较好的参考价值。

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第1章 绪论

第2章 螺旋桨环流理论设计方法

第3章 非均匀伴流场中螺旋桨空泡性能计算

第4章 可视化系统开发

第5章 系统计算结果验证与分析

总结与展望

参考文献

致谢