擺線推進(jìn)器水動力及噪聲性能數(shù)值計(jì)算研究.pdf

1、由于陸地資源的逐漸消耗殆盡，海洋資源開發(fā)的快速發(fā)展，潛水深度不斷增加，需要更加靈活的進(jìn)行水下作業(yè)，同時在這些作業(yè)平臺工作時需要一些精確的定位，要求具備良好的操縱性能。擺線推進(jìn)器作為能夠靈活控制推力大小與方向的推進(jìn)器得到了重視與發(fā)展。此外，擺線推進(jìn)器還可用于特種軍用船舶，因此要求其具有良好的隱身性能，所以擺線推進(jìn)器的噪聲性能也值得關(guān)注。本論文采用CFD數(shù)值模擬技術(shù)及模型試驗(yàn)較為系統(tǒng)地對擺線推進(jìn)器的水動力性能和噪聲性能進(jìn)行了研究，并將計(jì)算值

2、與實(shí)驗(yàn)值進(jìn)行了對比。
　　本論文首先闡述了擺線推進(jìn)器的發(fā)展歷程，簡述了擺線推進(jìn)器工作原理，總結(jié)了國內(nèi)外對擺線推進(jìn)器的水動力性能的理論、試驗(yàn)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。
　　基于某母型船設(shè)計(jì)了擺線推進(jìn)器，根據(jù)母型船和實(shí)驗(yàn)設(shè)備設(shè)計(jì)了試驗(yàn)?zāi)Ｐ停⒃谏虾４兴策M(jìn)行了相應(yīng)的噪聲性能試驗(yàn)?；?FLUENT軟件以試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑榛A(chǔ)建立數(shù)值計(jì)算模型，數(shù)值計(jì)算模型網(wǎng)格采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格以增加計(jì)算效率，并分別選取標(biāo)準(zhǔn)k-ε、RNG k-ε和雷諾應(yīng)力方程三

3、種不同的湍流模式對偏心角為0°時的推進(jìn)特性進(jìn)行計(jì)算，通過與相應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，得出雷諾應(yīng)力方程的數(shù)值模型計(jì)算精度更高的結(jié)論，更適合于擺線推進(jìn)器水動力特性的計(jì)算。
　　采用雷諾時均方程模型對擺線推進(jìn)器水動力性能進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算工況與實(shí)驗(yàn)工況保持一致。分別以偏心角0°、30°和60°為計(jì)算工況，計(jì)算了擺線推進(jìn)器的推力、扭矩、側(cè)向力和效率，以及葉片推力和扭矩的變化規(guī)律。擺線推進(jìn)器偏心角為0°時，側(cè)向力相對于推力很小可以忽略，適用于船舶

4、直航的情況。推進(jìn)器效率方面，擺線推進(jìn)器效率最高能達(dá)到0.6以上與螺旋槳推進(jìn)效率相當(dāng)。
　　基于廣義的FW-H方程將流場與聲場相結(jié)合，利用 FLUENT軟件中的聲學(xué)模塊，對擺線推進(jìn)器數(shù)值模型的噪聲性能進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算和分析，得出擺線推進(jìn)器在不同工況下的水動力噪聲，求解出相應(yīng)的聲壓脈動、聲壓級和總聲級，以及擺線推進(jìn)器水動力噪聲的方向性特性，得出了槳后噪聲較小的結(jié)論，比偏心點(diǎn)一側(cè)小了1至2分貝。依據(jù)葉片梢渦噪聲機(jī)理分析，設(shè)計(jì)了一種葉片帶端

5、板的擺線推進(jìn)器數(shù)值模型，利用此模型進(jìn)行噪聲數(shù)值模擬，與不帶端板的計(jì)算結(jié)果對比，得到了葉稍加裝端板可以降低水動力噪聲，擺線推進(jìn)器總體水動力噪聲的最大減幅可達(dá)1.18分貝。
　　分析了水動力噪聲產(chǎn)生的機(jī)理，結(jié)合螺旋槳噪聲模型試驗(yàn)方法，提出適用于擺線推進(jìn)器的噪聲性能模型試驗(yàn)方法，并進(jìn)行了模型試驗(yàn)，將實(shí)驗(yàn)結(jié)果換算到實(shí)船，給出了偏心率為0.4、0.5、0.6，進(jìn)速為6kn工況下的擺線推進(jìn)器噪聲性能，與相應(yīng)工況下的螺旋槳噪聲對比，減小了0.5