對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳升力面設(shè)計(jì)方法

第１０卷第２期２００６年４月

文章編號(hào)：１００７－７２９４（２００６）０２－００４０－０７

船舶力學(xué)

ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｉｐＭｅｃｈａｎｉｃｓ

Ｖｏｌ．１０Ｎｏ．２Ａｐｒ．２００６

對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳升力面設(shè)計(jì)方法

辛公正，丁恩寶，唐登海

（中國(guó)船舶科學(xué)研究中心，江蘇無(wú)錫２１４０８２）

摘要：本文針對(duì)對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳這類組合式推進(jìn)器的設(shè)計(jì)問(wèn)題，采用了升力面設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)前后槳的相互迭代求出彼此間的誘導(dǎo)速度，以此來(lái)考慮它們之間的相互作用，并采用此方法作了一對(duì)對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳的設(shè)計(jì)，同時(shí)應(yīng)用面元法進(jìn)行了水動(dòng)力預(yù)報(bào)。關(guān)鍵詞：對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳；升力面方法；面元法；誘導(dǎo)速度中圖分類號(hào)：Ｕ６６１．３１＋３

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ

Ａｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒｃｏｎｔｒａ－ｒｏｔａｔｉｎｇｐｒｏｐｅｌｌｅｒｂｙ

ｌｉｆｔｉｎｇ－ｓｕｒｆａｃｅｍｅｔｈｏｄ

ＸＩＮＧｏｎｇ－ｚｈｅｎｇ，ＤＩＮＧＥｎ－ｂａｏ，ＴＡＮＧＤｅｎｇ－ｈａｉ

（ＣｈｉｎａＳｈｉｐＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，Ｗｕｘｉ２１４０８２，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｏｎｔｒａ－ｒｏｔａｔｉｎｇｐｒｏｐｅｌｌｅｒｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｂｙｌｉｆｔｉｎｇ－ｓｕｒｆａｃｅｔｈｅｏｒｙｉｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｉｔｉｓｔｏｃｏｎｓｉｄ－ｅｒｔｈｅｉｎｄｕｃｅｄｖｅｌｏｃｉｔｙｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｉｔｅｒａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｆｏｒｗａｒｄｐｒｏｐｅｌｌｅｒａｎｄｔｈｅａｆｔｅｒｐｒｏｐｅｌｌｅｒ．Ｕｓｉｎｇｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄ，ａｃｏｎｔｒａ－ｒｏｔａｔｉｎｇｐｒｏｐｅｌｌｅｒｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｔｈｅｎｔｈｅｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｗｉｔｈｐａｎｅｌｍｅｔｈｏｄｗａｓｐｒｅ－ｄｉｃｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｃａｎｍｅｅｔｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔｒａ－ｒｏｔａｔｉｎｇｐｒｏｐｅｌｌｅｒ；ｌｉｆｔｉｎｇ－ｓｕｒｆａｃｅｍｅｔｈｏｄ；ｐａｎｅｌｍｅｔｈｏｄ；ｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｄｉｔｉｏｎ；

ｉｎｄｕｃｅｄｖｅｌｏｃｉｔｙ

１前

言

對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳通常具有高效率，易于改善航行體操縱性的優(yōu)點(diǎn)，其設(shè)計(jì)方法雖然已經(jīng)發(fā)展了很多年，但是隨著市場(chǎng)需求的發(fā)展，例如水下航行器導(dǎo)管對(duì)轉(zhuǎn)槳、ＡＵＶ對(duì)轉(zhuǎn)槳、Ｚ推以及對(duì)轉(zhuǎn)—吊艙推進(jìn)器等等，它們的螺旋槳運(yùn)轉(zhuǎn)方式雖然也是相對(duì)旋轉(zhuǎn)的，但其推進(jìn)器組成結(jié)構(gòu)中還多了其它的附屬結(jié)構(gòu)—導(dǎo)管、支柱，這就需要我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中更加充分地考慮到各組成部件的相互作用。因此，我們首先需要解決的是如何把前后槳之間的相互干擾引入到設(shè)計(jì)過(guò)程中，而升力面設(shè)計(jì)方法在螺旋槳的設(shè)計(jì)過(guò)程中仍被廣泛采用。對(duì)于常規(guī)的對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳是在同一軸上由前后兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相反的螺旋槳組成。這樣可起到兩個(gè)作用，一是推力負(fù)荷由兩個(gè)槳分擔(dān)，故每個(gè)槳的推力負(fù)荷減輕了，另一個(gè)作用是前槳尾流的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能損失可被后槳所利用而得到回收，致使二槳合成的尾流旋轉(zhuǎn)能量損失減小，從而可以提高推進(jìn)器的效率，同時(shí)前后槳的扭矩也可以相互平衡增加航行體的穩(wěn)定性；但由于軸系結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在大船上難以采用，大多數(shù)用于水下航行器上。收稿日期：２００５－１１－２１

作者簡(jiǎn)介：辛公正（１９７８－），男，中國(guó)船舶科學(xué)研究中心工程師。

第２期辛公正等：對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳升力面設(shè)計(jì)方法４１

對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳是組合式推進(jìn)器的一種。所謂組合式推進(jìn)器是由幾個(gè)推進(jìn)部件所組成。對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳即由前、后槳兩個(gè)推進(jìn)部件所組成。此外還有串列式螺旋槳，導(dǎo)管螺旋槳等組合式推進(jìn)器。組合式推進(jìn)器的水動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的復(fù)雜性在于每一部件對(duì)其它部件有擾動(dòng)速度，也稱為誘導(dǎo)速度。如果部件之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，如對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳的前后槳、帶前置或后置導(dǎo)葉的轉(zhuǎn)定子之間則干擾速度是非定常的，只可能是個(gè)非定常問(wèn)題。對(duì)于這類問(wèn)題有二個(gè)處理方法。一種是在平均意義下求解，即把干擾速度進(jìn)行周向平均，或者說(shuō)把在一個(gè)周期內(nèi)的平均值作為干擾速度，即把它假定為與周向坐標(biāo)或者說(shuō)與時(shí)間無(wú)關(guān)。如此在周向不變的來(lái)流條件下，則問(wèn)題作為定常問(wèn)題來(lái)處理。另一種方法是真正按瞬時(shí)的干擾速度條件作為非定常問(wèn)題處理。早在１９７６年董世湯和陳立強(qiáng)發(fā)表了對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳的升力線理論計(jì)算加升力面修正的設(shè)計(jì)方法［１］，并應(yīng)用于產(chǎn)品型號(hào)的設(shè)計(jì)，滿足了當(dāng)時(shí)的工程需要。本文的對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳設(shè)計(jì)方法是以升力面理論為基礎(chǔ)建立的設(shè)計(jì)方法，針對(duì)前槳和后槳，分別用各自的程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，在二者之間通過(guò)迭代來(lái)考慮相互的影響。

２升力面設(shè)計(jì)方法

２．１進(jìn)流場(chǎng)的分析

設(shè)計(jì)過(guò)程中前、后槳采用適伴流設(shè)計(jì)，伴流場(chǎng)分布只考慮為半徑ｒ的函數(shù)，軸向位置取槳盤面位置，周向采用平均。前、后槳之間的干擾速度也是取各自槳盤面位置進(jìn)行周向平均。由此將各個(gè)槳的伴流分布加上另一個(gè)槳在槳盤面的誘導(dǎo)速度可得到實(shí)效伴流場(chǎng)的分布，在此速度場(chǎng)下進(jìn)行螺旋槳的升力面設(shè)計(jì)，以此來(lái)考慮二者之間的相互影響。給定設(shè)計(jì)條件及設(shè)計(jì)要求２．２坐標(biāo)系、

在設(shè)計(jì)計(jì)算中，前槳和后槳均定義為右旋槳，這里建立了兩個(gè)坐標(biāo)系：一個(gè)是柱坐標(biāo)系（ｘ，ｒ，!），與螺旋槳固定在一起，以槳葉參考線與槳軸交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，ｘ仍以向下游為正，以１號(hào)葉片的槳葉參考線定義!＝０，!方向按右手定則定義正方向，ｒ向外為正；另一個(gè)是直角坐標(biāo)系（ｘ，ｙ，ｚ），ｘ方向與柱坐標(biāo)系相同，ｙ方向是豎直向上為正，ｚ方向是與ｘ，ｙ方向滿足右手定則。

在進(jìn)入升力面設(shè)計(jì)之前，給定的設(shè)計(jì)條件通常有：伴流分?jǐn)?shù)分布，直徑Ｄ，葉片數(shù)Ｚ，航速ＶＳ，轉(zhuǎn)速

ｎ，初始螺距角"ｐ０，葉片的弦長(zhǎng)分布ｃ（ｒ），葉片的厚度分布ｔ（ｔ，ｓ），縱斜分布ＺＲ（ｒ），側(cè)斜角分布!ｓ（ｒ），!（ｓ），設(shè)計(jì)的水動(dòng)力要求。徑向環(huán)量分布形式Ｆ（ｒ）和弦向環(huán)量分布形式#ｍ

通過(guò)升力面設(shè)計(jì)計(jì)算，希望達(dá)到的設(shè)計(jì)要求為：設(shè)計(jì)得到前后槳葉片各葉剖面的螺距角及拱弧線形狀，使前后槳產(chǎn)生所需要的總推力Ｔ或者用盡主機(jī)功率。通過(guò)迭代計(jì)算使前后槳的扭矩達(dá)到平衡，最后疊加厚度分布得出型值。

２．３升力面設(shè)計(jì)方法的數(shù)值模型

螺旋槳的'升力面設(shè)計(jì)計(jì)算采用渦格法，升力面建立在拱弧面上，邊界條件采用了能考慮徑向速度和側(cè)斜、縱傾分布的比較完善的邊界條件。由于在設(shè)計(jì)計(jì)算的迭代過(guò)程中，拱弧面的幾何形狀在改變，故每次迭代需要修改升力面的幾何條件，把網(wǎng)格重新劃分。對(duì)于升力面設(shè)計(jì)的渦格法這里不再細(xì)

［４］

述，具體方法可參見以及關(guān)于邊界條件分析比較［５］。“與粘流耦合的導(dǎo)管螺旋槳升力面設(shè)計(jì)方法”

３對(duì)轉(zhuǎn)槳設(shè)計(jì)

３．１表達(dá)式定義

對(duì)轉(zhuǎn)槳與常規(guī)螺旋槳在數(shù)據(jù)表達(dá)上有一些區(qū)別，為方便計(jì)算和分析，下面給出本文的約定及采用的對(duì)轉(zhuǎn)槳推扭力系數(shù)、效率等定義：

４２

下標(biāo)１———前槳；——前槳直徑（ｍ）；Ｄ１—

——螺旋槳進(jìn)速（ｍ／ｓ）；Ｖ—

——前槳推力（Ｎ）；Ｔ１—

——前槳扭矩（Ｎ?Ｑ１—ｍ）；———水的重量密度（Ｎ／ｍ３）；ρ

——前槳敞水效率；η１—

船舶力學(xué)

下標(biāo)２———后槳；——后槳直徑（ｍ）；Ｄ２—

——總推力（Ｎ）；Ｔ—

——后槳推力（Ｎ）；Ｔ２—

——后槳扭矩（Ｎ?Ｑ２—ｍ）；——總的敞水效率；η—

——后槳敞水效率；η２—

第１０卷第２

期

——螺旋槳轉(zhuǎn)速（ｒｐｓ），前后槳轉(zhuǎn)速方向相反；Ｑ———總扭矩（Ｎ?ｎ—ｍ）；

ＫＴ１＝

Ｔ１!ｎＤ１

Ｑ１!ｎＤ１

ＫＴ２＝ＫＱ２＝

Ｔ２!ｎＤ１Ｑ２

ＫＱ１＝

!ｎＤ１

ＫＴ＝ＫＴ１＋ＫＴ２Ｋ"１＝ＪＴ１

Ｑ１Ｋ

%＝ＪＴ

Ｑ

３．２設(shè)計(jì)過(guò)程

ＫＱ＝ＫＱ１＋ＫＱ２Ｋ

"２＝ＪＴ２

Ｑ２Ｊ＝Ｖ１

采用上述對(duì)轉(zhuǎn)槳設(shè)計(jì)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先輸入前后槳的主參數(shù)，先進(jìn)行前槳的設(shè)計(jì)，此時(shí)后槳在前槳槳盤面處的誘導(dǎo)速度ｕ２１（ｒ）設(shè)為零，前槳的進(jìn)流條件即為前槳的伴流分?jǐn)?shù)ｗ１（ｒ），通過(guò)對(duì)前槳的設(shè)計(jì)計(jì)算可求出前槳在后槳槳盤面處的誘導(dǎo)速度ｕ１２（ｒ），將其作為前槳對(duì)后槳的干擾；然后進(jìn)行后槳的設(shè)計(jì)，此時(shí)后槳的進(jìn)流條件為后槳的伴流分?jǐn)?shù)ｗ２（ｒ）加上前槳在后槳槳盤面處對(duì)后槳的誘導(dǎo)速度ｕ１２（ｒ），同樣通過(guò)對(duì)后槳的設(shè)計(jì)計(jì)算可求出后槳在前槳槳盤面處的誘導(dǎo)速度ｕ２１（ｒ），將其作為后槳對(duì)前槳的干擾；如此前槳的進(jìn)流條件發(fā)生了變化，變?yōu)榍皹�的伴流分�(jǐn)?shù)ｗ１（ｒ）加上后槳在前槳槳盤面處對(duì)前槳的誘導(dǎo)速度ｕ２１（ｒ），因此前槳需要重新進(jìn)行升力面設(shè)計(jì)，計(jì)算出新的對(duì)后槳的誘導(dǎo)速度ｕ１２（ｒ），由此可見這個(gè)過(guò)程需要相互迭代直到前槳與后槳間的相互作用即誘導(dǎo)速度收斂后為止，這樣可認(rèn)為在前

圖１對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳升力面設(shè)計(jì)流程圖

Ｆｉｇ．１Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｃｏｎｔｒａ－ｐｒｏｐｅｌｌｅｒｌｉｆｔｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｄｅｓｉｇｎ

后槳的一體化設(shè)計(jì)中比較充分地考慮了相互間的干擾。具體的迭代流程圖如圖１所示，其中對(duì)于每一次前后槳的升力面設(shè)計(jì)都是在各自進(jìn)流條件下迭代到滿足水動(dòng)力要求結(jié)束的，因此整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程實(shí)際上有兩層迭代，一層是升力面設(shè)計(jì)自身的迭代，另一層是前后槳相互干擾的迭代。

第２期辛公正等：對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳升力面設(shè)計(jì)方法４３

４面元法水動(dòng)力預(yù)報(bào)

面元法作為螺旋槳的水動(dòng)力性能預(yù)報(bào)工具已經(jīng)發(fā)展得比較成熟，其計(jì)算精度已經(jīng)能滿足各類工在程問(wèn)題的要求。因此升力面設(shè)計(jì)結(jié)束后，我們采用ＣＳＳＲＣ面元法［６，７］對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行了水動(dòng)力預(yù)報(bào)。面元法的預(yù)報(bào)過(guò)程中采用與升力面設(shè)計(jì)方法類似的迭代過(guò)程來(lái)考慮前后槳之間的相互作用。

５實(shí)例計(jì)算

本文采用前面所述的設(shè)計(jì)預(yù)報(bào)方法，分別對(duì)某水下航行器設(shè)計(jì)了一對(duì)對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳。

５．１算例設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)條件

前后槳的主參數(shù)和設(shè)計(jì)條件，分別見表１、表２和表３。

表１算例前槳主參數(shù)

表２算例后槳主參數(shù)

Ｔａｂ．１Ｆｏｒｗａｒｄｐｒｏｐｅｌｌｅｒｐａｒａｍｅｔｅｒ

ｏｆｔｈｅｓｃｈｅｍｅ

ｒ／Ｒ０．２９２０．３０．４０．５０．６０．７０．８０．９０．９５１

Ｃ／Ｄ０．１３２６０．１３４００．１５３６０．１７７６０．１９８８０．２１４４０．２２３００．２０４４０．１６４００．０５００

Ｔ／Ｃ０．２５１５０．１８２２０．１２８３０．０９０２０．０６２６０．０４２９０．０３０８０．０２８２０．０６０００．２５１５

Ｔ／Ｄ０．０３３４０．０３３００．０２８００．０２２８０．０１８００．０１３４０．００９６０．００６３０．００４６０．００３０

Ｆ（ｒ）０．３５８８０．３８４７０．６４１８０．８７２９１．００００１．０２９４０．９５２４０．７１６５０．４７４７０．００００

ｗｘ（ｒ）０．５１０００．５０１６０．４６５４０．３６３５０．２７２１０．１９２７０．１２７３０．０７７４０．０４４８０．０３５５

ｒ／Ｒ０．２３５０．３０．４０．５０．６０．７０．８０．９０．９５１

Ｔａｂ．２Ａｆｔｅｒｐｒｏｐｅｌｌｅｒｐａｒａｍｅｔｅｒ

ｏｆｔｈｅｓｃｈｅｍｅ

Ｃ／Ｄ０．１１８００．１４１２０．１７８４０．２１０５０．２４１８０．２６２１０．２６６１０．２４４２０．１９５７０．０５００

Ｔ／Ｃ０．３０８７０．２３０１０．１４８４０．０９９２０．０６６３０．０４５４０．０３２８０．０２４１０．０２２５０．０５９６

Ｔ／Ｄ０．０３６４０．０３２５０．０２６５０．０２０９０．０１６００．０１１９０．００８７０．００５９０．００４４０．００３０

Ｆ（ｒ）－０．２３９４－０．４６８０－０．６９２０－０．８７３１－０．９７６６－１．００００－０．９２５１－０．６５６０－０．３６５７０．００００

ｗｘ（ｒ）０．４６０２０．３９８６０．３１３７０．２３３７０．１６１９０．１０１５０．０５５７０．０２７８０．０２１５０．０２０９

５．２算例設(shè)計(jì)和預(yù)報(bào)結(jié)果

螺旋槳設(shè)計(jì)采用最佳環(huán)量分布，以獲得較高的效率。前槳平均伴流分?jǐn)?shù)為０．１９，后槳平均伴流分?jǐn)?shù)為０．１７。設(shè)計(jì)時(shí)以滿足扭矩ＫＱ要求為目標(biāo)，并使得前后槳的扭矩達(dá)到比較好的平衡，經(jīng)過(guò)迭代計(jì)算，最終獲得前后槳設(shè)計(jì)方案，如圖２；前后槳螺距比、拱度比的分布如圖３和４；設(shè)計(jì)迭代過(guò)程中前后槳相互間的干擾如圖５～１０，從圖中可見隨著迭代的進(jìn)行前后槳之間的相互作用的誘導(dǎo)速度很快收斂，同時(shí)由于后槳是工作在前槳的尾流場(chǎng)中，前槳對(duì)后槳的誘導(dǎo)速度更大且干擾更強(qiáng)，而后槳的前槳的干擾主要體現(xiàn)在軸向誘導(dǎo)速度上，

葉數(shù)直徑（ｍ）轉(zhuǎn)速（ｒｐｍ）

表３算例設(shè)計(jì)條件

Ｔａｂ．３Ｄｅｓｉｇｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｓｃｈｅｍｅ

前

槳

后

槳

５０．４１６５０００．４３６

右

４０．４０８５０００．４１０

左

Ａｏ／Ａｅ

旋向航速Ｖｓ（ｋｎ）

５０．７４１９０．０２２０７

５０．７４１９－０．０２２０７

Ｊｓ

設(shè)計(jì)ＫＱ剖面形式

ＮＡＣＡ６６ｍｏｄａ＝０．８

切向誘導(dǎo)速度幾乎為零。設(shè)計(jì)結(jié)束后利用面元法分別對(duì)該方案進(jìn)行均流狀態(tài)的水動(dòng)力預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)時(shí)相對(duì)于設(shè)計(jì)狀態(tài)下進(jìn)速系數(shù)為０．６０１，預(yù)報(bào)時(shí)考慮前后槳的相互影響，計(jì)算網(wǎng)格如圖１１，預(yù)報(bào)結(jié)果見表

４。預(yù)報(bào)結(jié)果均按前槳進(jìn)行無(wú)量綱化，從預(yù)報(bào)結(jié)果可以看到，由于設(shè)計(jì)過(guò)程中是在考慮前后槳相互作用

通過(guò)迭代后設(shè)計(jì)出來(lái)的，前后槳的ＫＴ、ＫＱ預(yù)報(bào)值與設(shè)計(jì)值相比偏差在３％左右，其中ＫＱ值比較接近所要求的結(jié)果，后槳的扭矩偏大，前槳扭矩偏小，二者的扭矩不平衡度為５％，能夠滿足工程的需要。

４４船舶力學(xué)第１０卷第２期

圖２算例對(duì)轉(zhuǎn)槳設(shè)計(jì)方案圖３前后槳螺距比分布

Ｆｉｇ．２Ｄｅｓｉｇｎｓｃｈｅｍｅｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒａ－ｒｏｔａｔｉｎｇｐｒｏｐｅｌｌｅｒＦｉｇ．３Ｔｈｅｐｉｔｃｈｒａｔｉｏｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｆｏｒｗａｒｄａｎｄ

ａｆｔｅｒｐｒｏｐｅｌｌｅｒ

圖４前后槳拱度比分布圖５設(shè)計(jì)迭代過(guò)程中前槳對(duì)后槳的軸向誘導(dǎo)速度

Ｆｉｇ．４Ｔｈｅｃａｍｂｅｒｒａｔｉｏｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｆｏｒｗａｒｄ

ａｎｄａｆｔｅｒｐｒｏｐｅｌｌｅｒ

Ｆｉｇ．５Ｔｈｅａｘｉａｌｉｎｄｕｃｅｄｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｆｏｒｗａｒｄｐｒｏｐｅｌｌｅｒｔｏ

ａｆｔｅｒｐｒｏｐｅｌｌｅｒｉｎｉｔｅｒａｔｅｄｐｒｏｃｅｓｓ

圖６設(shè)計(jì)迭代過(guò)程中前槳對(duì)后槳的徑向誘導(dǎo)速度圖７設(shè)計(jì)迭代過(guò)程中前槳對(duì)后槳的切向誘導(dǎo)速度

Ｆｉｇ．６Ｔｈｅｒａｄｉａｌｉｎｄｕｃｅｄｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｆｏｒｗａｒｄｐｒｏｐｅｌｌｅｒ

ｔｏａｆｔｅｒｐｒｏｐｅｌｌｅｒｉｎｉｔｅｒａｔｅｄｐｒｏｃｅｓｓＦｉｇ．７Ｔｈｅｔａｎｇｅｎｔｉａｌｉｎｄｕｃｅｄｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆｆｏｒｗａｒｄｐｒｏｐｅｌｌｅｒ

ｔｏａｆｔｅｒｐｒｏｐｅｌｌｅｒｉｎｉｔｅｒａｔｅｄｐｒｏｃｅｓｓ

第２期辛公正等：對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳升力面設(shè)計(jì)方法４５

圖８設(shè)計(jì)迭代過(guò)程中后槳對(duì)前槳的軸向誘導(dǎo)速度圖９設(shè)計(jì)迭代過(guò)程中后槳對(duì)前槳的徑向誘導(dǎo)速度

Ｆｉｇ．８Ｔｈｅａｘｉａｌｉｎｄｕｃｅｄｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆａｆｔｅｒｐｒｏｐｅｌｌｅｒｔｏ

ｆｏｒｗａｒｄｐｒｏｐｅｌｌｅｒｉｎｉｔｅｒａｔｅｄｐｒｏｃｅｓｓ

Ｆｉｇ．９Ｔｈｅｒａｄｉａｌｉｎｄｕｃｅｄｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆａｆｔｅｒｐｒｏｐｅｌｌｅｒｔｏ

ｆｏｒｗａｒｄｐｒｏｐｅｌｌｅｒｉｎｉｔｅｒａｔｅｄｐｒｏｃｅｓｓ

圖１０設(shè)計(jì)迭代過(guò)程中后槳對(duì)前槳的切向誘導(dǎo)速度圖１１面元法預(yù)報(bào)網(wǎng)格的劃分

Ｆｉｇ．１０Ｔｈｅｔａｎｇｅｎｔｉａｌｉｎｄｕｃｅｄｖｅｌｏｃｉｔｙｏｆａｆｔｅｒｐｒｏｐｅｌｌｅｒｔｏ

ｆｏｒｗａｒｄｐｒｏｐｅｌｌｅｒｉｎｉｔｅｒａｔｅｄｐｒｏｃｅｓｓ

Ｆｉｇ．１１Ｍｅｓｈｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐａｎｅｌｍｅｔｈｏｄ

表４對(duì)轉(zhuǎn)槳水動(dòng)力設(shè)計(jì)和預(yù)報(bào)結(jié)果

Ｔａｂ．４Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒａ－ｒｏｔａｔｉｎｇｐｒｏｐｅｌｌｅｒｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ

設(shè)計(jì)值

預(yù)報(bào)值

偏差

扭矩值（Ｎ．ｍ）

———

扭矩不平衡度

前槳

ＫＴ１０ＫＱ

０．１４１００．２２０７０．１２９７－０．２２０６

０．１３５６０．２１５２０．１２８０－０．２２６１

－３．８１％－２．５１％－１．３０％２．５０％

１９．０８０２

－

５．０９％

———

后槳

ＫＴ１０ＫＱ

－２０．０５２０

６結(jié)論

我們針對(duì)某水下航行器，采用對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳升力面設(shè)計(jì)程序進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)，并用面元法進(jìn)行了水動(dòng)力預(yù)報(bào)，在設(shè)計(jì)和預(yù)報(bào)過(guò)程中通過(guò)前后槳的相互迭代來(lái)考慮它們之間的影響，通過(guò)對(duì)整個(gè)過(guò)程的分析，我們有以下建議和結(jié)論：

（１）根據(jù)上述的理論分析和實(shí)例計(jì)算，本文建立的對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳升力面設(shè)計(jì)方法和面元法預(yù)報(bào)方

４６

法能夠滿足工程問(wèn)題的需要。

船舶力學(xué)第１０卷第２期

（２）對(duì)于對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳升力面設(shè)計(jì)方法和面元法預(yù)報(bào)方法，由于在理論上的數(shù)值模擬與實(shí)際螺旋槳工作環(huán)境有顯著差別，因此其計(jì)算精度還有待改善，這只有通過(guò)更多的設(shè)計(jì)實(shí)例和相應(yīng)的試驗(yàn)分析比較才能實(shí)現(xiàn)。

（３）ＣＦＤ方法在近幾年發(fā)展得比較成熟，將其應(yīng)用在對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳這類組合式推進(jìn)器的預(yù)報(bào)分析上應(yīng)該更能捕捉到前后槳之間的這種強(qiáng)干擾的粘性流動(dòng)，因此用ＣＦＤ方法來(lái)計(jì)算對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳問(wèn)題應(yīng)該在以后得到更多的研究。參考文獻(xiàn)：

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