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原文传递摆线推进器水动力及噪声性能数值计算研究

论文题名：	摆线推进器水动力及噪声性能数值计算研究
关键词：	摆线推进器;方向性特性;水动力性能;噪声性能;数值模拟
摘要：	由于陆地资源的逐渐消耗殆尽，海洋资源开发的快速发展，潜水深度不断增加，需要更加灵活的进行水下作业，同时在这些作业平台工作时需要一些精确的定位，要求具备良好的操纵性能。摆线推进器作为能够灵活控制推力大小与方向的推进器得到了重视与发展。此外，摆线推进器还可用于特种军用船舶，因此要求其具有良好的隐身性能，所以摆线推进器的噪声性能也值得关注。本论文采用CFD数值模拟技术及模型试验较为系统地对摆线推进器的水动力性能和噪声性能进行了研究，并将计算值与实验值进行了对比。　　本论文首先阐述了摆线推进器的发展历程，简述了摆线推进器工作原理，总结了国内外对摆线推进器的水动力性能的理论、试验研究现状和发展趋势。　　基于某母型船设计了摆线推进器，根据母型船和实验设备设计了试验模型，并在上海船研所水筒进行了相应的噪声性能试验。基于 FLUENT软件以试验模型为基础建立数值计算模型，数值计算模型网格采用结构化网格以增加计算效率，并分别选取标准k-ε、RNG k-ε和雷诺应力方程三种不同的湍流模式对偏心角为0°时的推进特性进行计算，通过与相应实验结果进行对比，得出雷诺应力方程的数值模型计算精度更高的结论，更适合于摆线推进器水动力特性的计算。　　采用雷诺时均方程模型对摆线推进器水动力性能进行了计算，计算工况与实验工况保持一致。分别以偏心角0°、30°和60°为计算工况，计算了摆线推进器的推力、扭矩、侧向力和效率，以及叶片推力和扭矩的变化规律。摆线推进器偏心角为0°时，侧向力相对于推力很小可以忽略，适用于船舶直航的情况。推进器效率方面，摆线推进器效率最高能达到0.6以上与螺旋桨推进效率相当。　　基于广义的FW-H方程将流场与声场相结合，利用 FLUENT软件中的声学模块，对摆线推进器数值模型的噪声性能进行了数值计算和分析，得出摆线推进器在不同工况下的水动力噪声，求解出相应的声压脉动、声压级和总声级，以及摆线推进器水动力噪声的方向性特性，得出了桨后噪声较小的结论，比偏心点一侧小了1至2分贝。依据叶片梢涡噪声机理分析，设计了一种叶片带端板的摆线推进器数值模型，利用此模型进行噪声数值模拟，与不带端板的计算结果对比，得到了叶稍加装端板可以降低水动力噪声，摆线推进器总体水动力噪声的最大减幅可达1.18分贝。　　分析了水动力噪声产生的机理，结合螺旋桨噪声模型试验方法，提出适用于摆线推进器的噪声性能模型试验方法，并进行了模型试验，将实验结果换算到实船，给出了偏心率为0.4、0.5、0.6，进速为6kn工况下的摆线推进器噪声性能，与相应工况下的螺旋桨噪声对比，减小了0.5至2分贝。从给出的实验结果中可以看出，在相同的进速系数下，偏心率增大，推进器总声级减小，这与数值模拟结果一致。
作者：	刘杨
专业：	船舶与海洋结构物设计制造
导师：	张洪雨
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨工程大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文