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气层减阻滑行艇的螺旋桨特性及艇桨干扰研究
| 论文题名： | 气层减阻滑行艇的螺旋桨特性及艇桨干扰研究 |
| 关键词： | 气层船;气层减阻率;空泡螺旋桨特性;船桨匹配;数值预报 |
| 摘要： | 随着世界经济和航运业的发展，高速船越来越受到各界关注，尤其是在全球气候变暖、环境污染严重的时期，节能减排意义尤为重大。通过气层降低滑行艇阻力，可以减少能源消耗，同时降低对滑行艇航行水域的环境污染。 随着滑行艇航速增大，阻力急剧增大，滑行艇航速进一步提升带来的代价是大量消耗能源。因此，通过气层降低滑行艇阻力，进而研制高速滑行艇，是提高滑行艇综合航行性能的可行途径，并得到普遍关注和共识。同时，高速船后螺旋桨表面的压力也会逐渐增大，螺旋桨本身的旋转就会产生大量空泡，使螺旋桨的效率降低。对于气层滑行艇的螺旋桨，气层对螺旋桨水动力性能影响如何，目前尚不明确。因此，对气层滑行艇与其螺旋桨间相互干扰的研究十分必要。 本文基于粘性流体力学理论，探讨了可用于带气层高速航行的滑行艇水动力性能及气流、滑行艇、螺旋桨之间多物理场相互干扰的理论预报方法。探讨了适合于高速旋转螺旋桨性能预报的湍流模型和网格划分方式，给出了具有较好数值预报结果的理论预报方法。研究了不同气槽形状对滑行艇气层减阻影响，并进行了气槽形状优选研究。通过船型研究和优选，给出了减阻性能较好的滑行艇船型。选用 VOF模型及欧拉多相流模型，研究了通气量和航速变化对滑行艇摩擦阻力和总阻力的影响，分析了气层滑行艇的阻力特性。利用探讨的理论预报方法进行了螺旋桨形状、螺旋桨数量和布局等研究，针对三叶空泡螺旋桨进行了敞水特性数值预报，并分析了其水动力性能。 基于非线性规划法把滑行艇总阻力作为目标函数，总阻力以及摩擦阻力和压差阻力采用CFD软件（有限体积法）进行计算，通过附加不同的约束条件确定最小总阻力实用船型。进行了螺旋桨与气层滑行艇的匹配研究，通过初步计算和对船底气体流线分布的分析，确定了与气层滑行艇匹配螺旋桨的个数、位置和尺寸。针对带螺旋桨的气层船模型，进行了艇桨间干扰研究。 研究结果表明，气层滑行艇摩擦阻力和总阻力随着通气量的增加逐渐降低并趋于稳定，通气后减阻效果明显；螺旋桨数值模拟结果与试验值间误差较小，证明了探讨的理论预报方法的有效性。通入气体后，带桨船的总阻力较裸船体总阻力有所增大。气层对船后螺旋桨性能的影响研究表明，整体而言，船体底部通气引起螺旋桨推力和扭矩降低，但存在螺旋桨推力和扭矩提高的通气量，这对对气层船螺旋桨设计具有指导意义。 |
| 作者： | 董明玉 |
| 专业： | 力学 |
| 导师： | 李云波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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