调距桨调距过程中叶元体受力的CFD分析方法研究

杨琼方，王永生，刘承江

（海军工程大学机械工程系 舰船新型推进技术研究室,武汉430033）

调距桨调距过程中叶元体受力的CFD分析方法研究

杨琼方，王永生，刘承江

（海军工程大学机械工程系 舰船新型推进技术研究室,武汉430033）

对调距桨作定距桨工况和作调距桨工况时叶元体水动力进行了CFD计算与分析。叶元体采用NACA4412翼型。采用κ-ε和SST两种湍流模型求解叶元体攻角为6.4°时压力系数分布并与面元法计算结果和实验曲线进行比较，校验了CFD分析方法的可信性。在此基础上对叶元体攻角每改变2°进行一次稳态工况计算，分析调距桨在60°转角范围内叶元体水动力随攻角的变化关系。变化曲线与实验曲线吻合良好，且计算精度要高于面元法程序XFOIL。然后采用滑移网格技术对调距桨整个调距过程进行了动态模拟，并将计算结果与作定距桨使用时的稳态工况值时进行了对比。结果表明：在攻角-12°～18°范围内，叶元体所受水动力、力矩在稳态和动态时的值基本相等。动态时叶元体正负失速角均较稳态延迟2°～4°。在大攻角范围内，叶元体稳态时所受阻力明显较动态时大、升力和制动力矩均较动态时小。研究结果表明现行采用的利用稳态敞水实验值来确定调距机构强度的方法是存在风险的；建议取稳态值和动态值两者中大者为强度设计的基本依据。

船舶；调距桨；定距桨；叶元体；水动力；数值模拟

1 引 言

采用求解RANS方程对定距桨（Fixed Pitch Propeller,FPP）敞水性能（KT～J,KQ～J）进行数值分析是目前众多研究机构和大学将计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）应用于螺旋桨设计与性能分析中的一个十分活跃的研究领域。……