水面船舶螺旋槳誘導激振力數(shù)值預報分析.pdf

1、螺旋槳在船尾三向非均勻伴流場中工作會產(chǎn)生周期性變化的激勵力，使得船體水下噪聲和船體振動顯著增強，因此人們對螺旋槳誘導激振力的變化規(guī)律和預報方法也是極為關(guān)切。由于在船尾工作的螺旋槳與船舵之間的耦合作用復雜，要想準確預報螺旋槳激振力，無論是理論計算還是試驗測量都還具有一定難度，隨著 CFD數(shù)值計算方法的日益成熟，運用數(shù)值方法預報和分析螺旋槳誘導激振力不失為一個有效的方法。
　　本文選取KCS船與KP505螺旋槳作為主要研究對象，在FL

2、UENT中建立數(shù)值水池模型，利用RANS方法和VOF模型，開展了模型和實船尺度下船槳舵一體并考慮自由液面影響條件下的螺旋槳誘導激振力數(shù)值預報研究。同時，模型尺度時還針對斜流工況下DTMB4679單槳和KCS船槳舵一體進行了螺旋槳誘導激振力數(shù)值計算分析，以獲得不同斜流角下激振力變化規(guī)律。
　　為了驗證本文計算方法的準確性，首先對WP03槳進行敞水性能和空化性能校核，進而再對KCS船和KP505槳進行船模自航計算，結(jié)果顯示計算值與試驗

3、值均吻合良好，預報精度滿足水動力計算要求。然后基于瞬態(tài)二相流計算監(jiān)測得到船槳舵一體螺旋槳非定常軸承力和誘導脈動壓力的時域數(shù)據(jù)，并通過快速傅里葉變換分析其頻譜特性。
　　斜流作為一種相對簡單的非均勻來流，為了探討斜流中螺旋槳誘導激振力的變化的一般規(guī)律，對 DTMB4679螺旋槳斜流中的非定常水動力性能進行計算，主要考察了槳葉表面壓力分布，分析了單片槳葉的受力變化。然后監(jiān)測獲取不同工況下的螺旋槳激振力數(shù)據(jù)，以總結(jié)出斜流條件下進速系數(shù)和

4、斜流角度對螺旋槳誘導激振力的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，進一步對不同漂角下 KCS船槳舵一體螺旋槳誘導激振力進行預報，結(jié)果顯示隨著漂角的不斷增大，船體阻力、側(cè)向力和艏搖力矩系數(shù)也不斷增大。同時，無論是葉頻還是倍葉頻處，推力、轉(zhuǎn)矩和船體表面力脈動峰值在有漂角時均要大于直航狀態(tài)。
　　為了考慮激振力尺度效應的影響，首先開展實尺度的船槳自航模擬，確定其自航點，然后計算得到了實尺度船體周圍流場和螺旋槳激振力，并與模型計算結(jié)果對比，發(fā)現(xiàn)實船伴流場