短翼水动力计算模型与多桨多舵水动力干扰研究

论文摘要

本文在比较完整地了解船舶水动力计算中广泛应用的以速度势为基本变量的低阶面元法的基础上，根据库塔-儒可夫斯基后缘条件的物理真实性，从理论和数值计算两方面说明了蒙瑞诺数值库塔条件的不足。依据大量实验结果，建立了新的可以考虑翼梢涡影响和涡面涡强衰减影响的三维短翼水动力计算模型。通过对三维短翼的水动力性能和翼后给定点沿流向的诱导速度计算表明：采用考虑翼梢涡影响和涡的衰减影响的计算模型，可以提高三维短翼的水动力性能计算精度；可以准确地计算出螺旋桨尾流场的速度峰值；可以较好地计算出三维短翼翼后的诱导速度分布。该计算模型在已考察的水动力性能、翼后诱导速度等方面比经典面元法更接近试验结果。应用新的水动力计算模型，详细研究了螺旋桨诱导速度场的分布规律，由于螺旋桨的旋转运动，既使对于定常情况，螺旋桨在流场中任意一点产生的诱导速度也是周期性变化的，这种周期变化与螺旋桨的几何形状、来流速度、载荷情况等有着复杂的关系。但是，对于远离尾涡区的点，计算结果表明：螺旋桨产生的诱导速度是近似正弦规律变化的。因此，对于这样点的诱导速度，只需计算相隔二分之一周期的任意两点的诱导速度即可得到满足要求的周向平均诱导速度。这一结论对于多桨多舵的相互干扰计算可节约大量计算时间。本文通过迭代的方式考虑桨舵的相互影响，计算了单桨双舵的相互干扰问题，经与德国内河船研所的实验结果进行的比较表明：本文的计算结果与试验值吻合较好。最后，本文对某大型船舶的四桨两舵推进系统的位置参数进行了研究性计算，明确了各位置参数对推进性能的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究综述
• 1.2.1 船舶螺旋桨理论的发展概述
• 1.2.2 桨舵干扰的理论研究
• 1.2.3 桨舵干扰的实验研究
• 1.3 论文工作内容及意义
• 第2章 水动力性能计算理论模型研究
• 2.1 定常情况面元法计算模型简介
• 2.1.1 理论基础
• 2.1.2 水动力性能的数值分析
• 2.2 定常情况面元法计算模型的不足
• 2.2.1 作为物理条件的库塔条件分析
• 2.2.2 蒙瑞诺数值库塔条件分析
• 2.3 计入尾涡衰减的面元法模型构造
• 2.3.1 构造尝试（一）
• 2.3.2 构造尝试（二）
• 2.4 提高面元法计算精度的另一途经——考虑梢涡的影响
• 2.5 本章小结
• 第3章 水动力性能计算模型数值研究
• 3.1 仅考虑翼梢涡影响的面元法计算
• 3.1.1 坐标系的建立与网格划分方式
• 3.1.2 网格稠密度对计算精度的影响
• 3.1.3 短直翼的水动力性能计算
• 3.1.4 椭圆翼的水动力性能计算
• 3.2 涡的衰减方式与衰减程度研究
• 3.2.1 衰减方式的定性讨论
• 3.2.2 通过一个实例确定涡的衰减方式和涡的衰减程度
• 3.3 同时考虑翼梢涡和涡的衰减影响的面元法计算
• 3.3.1 网格稠密度对计算精度的影响
• 3.3.2 椭圆翼的剖面压力分布和翼梢后诱导速度计算
• 3.4 本章小结
• 第4章 螺旋桨扰动场分析
• 4.1 螺旋桨定常水动力性能计算
• 4.1.1 坐标系的建立
• 4.1.2 尾涡面模型的确立
• 4.2 网格稠密度对螺旋桨定常水动力性能计算精度的影响
• 4.3 螺旋桨扰动场计算研究
• 4.3.1 关于一点的扰动速度分析
• 4.3.2 螺旋桨尾涡区内扰动速度分析
• 4.3.3 螺旋桨尾涡区外扰动速度分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 单桨双舵和四桨两舵的水动力干扰研究
• 5.1 舵的定常水动力性能及其扰动场计算
• 5.1.1 坐标系的建立与面元划分
• 5.1.2 舵的扰动速度场计算
• 5.2 单桨双舵装置自航实验简介
• 5.3 单桨双舵装置的桨舵干扰理论计算
• 5.3.1 网格稠密度对计算结果的影响
• 5.3.2 理论计算结果与分析
• 5.4 四桨两舵推进系统桨舵干扰的理论计算
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 个人简历
• 附录A 计算速度势影响系数的蒙瑞诺解析公式
• 附录B 柳泽法确定物体表面速度