流线型高速ROV 螺旋桨水动力性能分析

潘昊东，王志光，刘纯虎

(上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海 200240)

0 引 言

目前，水下航行器的动力主要由螺旋桨提供，其中导管螺旋桨具有推力大、效率高等特点，被广泛应用到水下航行器中。国内外对导管螺旋桨的敞水性能已经有了相当多的研究，导管螺旋桨桨叶的螺距比[1]、桨叶与导管的间隙[2]、导管的形状[3]都会对螺旋桨的性能产生影响，从而影响航行器的运动。槽道螺旋桨主要用于海洋船舶上，作为转向的辅助设备，可提供良好的操纵性。槽道螺旋桨的性能跟槽道的长度、横向流速的大小以及方向有很大的关系[4]。目前，对于流线型水下航行器的槽道螺旋桨数值计算研究不是很多。Alistair Palmer[5]通过水池实验来验证AUV 不同航速和不同航向角时槽道螺旋桨的性能，发现不同航速和航向角对槽道螺旋桨的推力有明显的影响。谷海涛等[6]通过数值计算分析了槽道螺旋桨的大小和位置对水下机器人航行阻力大小的影响，对AUV 的设计和优化有很大的参考价值。

本文以一种流线型高速ROV 的结构外型为基础，使用计算流体力学软件Fluent 对导管螺旋桨的水动力特性进行计算仿真，得到导管螺旋桨推力、扭矩及效率曲线，并与图谱曲线对比验证，证明了数值仿真的可行性。选取航行器上一个槽道螺旋桨，对其进行计算仿真。在无航速时，对槽道螺旋桨在不同转速下进行数值仿真模拟，得到桨叶在不同转速下产生的推力大小；在槽道螺旋桨一定转速下，航行器不同航速时，进行数值仿真模拟，得到槽道螺旋桨的性能曲线和压力云图。……