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复合材料螺旋桨的水动力性能预报方法研究
| 论文题名： | 复合材料螺旋桨的水动力性能预报方法研究 |
| 关键词： | 螺旋桨;复合材料;水动力性能;流固耦合;船舶工程 |
| 摘要： | 随着船舶行业的发展，人们对船舶的性能提出了更高的要求。螺旋桨作为最广泛使用的给船舶航行提供推力的推进器，由于目前其设计方法已经非常完善，人们开始思考通过改变材料来改善船舶的推进性能。此时，复合材料以其来源丰富，质量轻，易于成型，耐腐蚀等优点进入人们的视线。特别是，通过合理安排桨叶铺层方向与顺序，复合材料固有的各向异性会使桨叶在水动力载荷作用下产生变形，提高船舶的推进效率。本文就是基于流固耦合方法借助ANSYS中的workbench模块对复合材料螺旋桨的水动力性能进行了预报。 首先，介绍了常规螺旋桨的水动力性能预报方法，验证了该方法的网格无关性以及湍流模型无关性，从而得到金属螺旋桨的敞水效率曲线。把数值模拟所得值与试验值比较，验证了基于CFD的常规螺旋桨水动力性能预报方法的可靠性。 其次，通过设置使螺旋桨在流体载荷作用下的变形传递给螺旋桨结构，而此变形反过来影响它的流场，得到考虑流固耦合的螺旋桨的数值模拟方法。利用复合材料螺旋桨的水动力性能数值模拟方法，得到金属及复合材料螺旋桨的敞水效率曲线。通过与实验值对比，验证了该方法对预报金属桨的性能同样有效。并通过对两种材料螺旋桨的水动力性能进行比较，得出采用复合材料所得的螺旋桨相对于金属材料有改善水动力性能的优势。 最后，利用上述数值模拟方法进行变参数分析，选择螺距比，盘面比，侧斜，这几个几何参数进行数值计算。研究发现，螺距比对水动力性能有重要的影响，在一定范围内，螺距比越大，水动力性能越优。盘面比这一参数对水动力的影响比较复杂，其变化可能会引起其他有效因素的变化，在复合材料水动力的研究中与侧斜相似对水动力性能影响不大。对于侧斜这一几何参数来说，在一定范围内，侧斜的变化对螺旋桨的水动力性能来说基本无影响，但是有侧斜和没有侧斜的桨水动力性能有一定的变化，并且桨叶面压力分布也有明显变化。通过对这些几何参数的研究，为复合材料螺旋桨的设计提供一定的参考依据。 |
| 作者： | 花逸群 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 常欣 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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