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AUV对转桨设计及流场特性研究
| 论文题名： | AUV对转桨设计及流场特性研究 |
| 关键词： | 水下机器人;对转螺旋桨;结构设计;流场特性 |
| 摘要： | AUV是水下机器人的一种，也是近些年来较为新颖的海洋运输工具，它在各个领域都发挥着重要的作用，也拥有着较为广泛的发展前景。针对AUV推进器的选择，将传统的单螺旋桨应用在AUV上，不但推进效率较低，而且还容易产生振动，空泡，噪声等一系列问题，这无疑对AUV的整体性能都有着不小的影响，而对转螺旋桨作为一种特种推进器，以其自身独特的结构布置，可以很好的克服传统单螺旋桨所体现出来的问题，因此，针对对转螺旋桨的合理设计及流场特性的研究，具有一定的工程意义和研究价值。本文的研究工作总结如下： 本文首先介绍了对转螺旋桨的工作原理和其发展和分类，并总结国内外学者对于对转桨的研究现状，发掘出前人工作的不足并引出本文的工作内容和研究意义。以MAU4-40螺旋桨作为研究对象，并基于VB语言开发了一套AU系列螺旋桨建模平台，简化了建模的流程，导出三维坐标点，利用Solidworks建模软件完成最终的建模。 基于雷诺时均方法，选用SST湍流模型和多面体网格构建了一套数值模拟方法，并进行了网格无关性验证，对单桨进行敞水性能数值模拟计算，同试验值进行对比，结果表明数值模拟结果同试验值吻合良好，验证了数值模拟方法的可行性；接着对以MAU4-40螺旋桨为研究对象的对转桨的配合参数进行了优化（盘面间距和直径比），以敞水效率为指标设计出效率优良的对转桨方案，并通过和等效单桨的对比，表明本文所设计的对转桨效率提高约14.49％。 对比分析单桨和对转桨的流场规律，包括前后桨的干扰情况，尾流流线和尾流速度场，叶片表面压力分布，结果表明对转桨前桨对后桨的干扰更大，对转桨本身对尾流速度场加速明显，对转桨尾流抽吸作用小，能量利用率高，在性能上优于单桨；桨叶呈现叶面为正压，叶背为负压分布的规律；通过STAR-CCM+的耦合分析模块对不同材料下对转桨的流固耦合特性进行分析，结果表明不同材料下对转桨的前后两桨的变形和应力远低于安全系数和许用应力的范围，将复合材料应用在本文设计的对转桨上是可行的。 最后，加密了计算模型网格，并利用LES方法，对单桨和对转桨的尾涡结构进行了数值模拟分析，结果表明对转桨尾涡结构照比单桨更为复杂，毂涡耗散更快，涡结构长度更短，有利于减小噪声和尾迹。 |
| 作者： | 韩耀羽 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 周波 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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