不同工况下螺旋桨空泡的水动力性能研究

吴利红， 刘铭， 张文灿， 封锡盛， 李一平， 李硕

(1.大连海事大学 船舶与海洋工程学院，辽宁 大连 116026； 2.中国科学院沈阳自动化研究所 机器人学国家重点实验室，辽宁 沈阳 110169)

高负荷螺旋桨容易产生空泡，空泡会带来振动、噪声、侵蚀的负面影响，还会降低螺旋桨的推进效率。工作于高负荷的螺旋桨通常包括3种载体：大负荷水面舰船、水面小型快速游艇和水下机器人。其中，大负荷水面舰船螺旋桨发生空泡现象十分常见[1-3]。通常采用空泡数相等方法，通过降低环境压强，在空泡水筒中进行模型试验或基于两相流和空化模型进行数值模拟。数值研究围绕捕捉空泡图的精度，开展螺旋桨网格生成方法、加密位置、湍流模型选择等研究内容。龚鹏[4]分别采用结构网格和非结构网格对其空泡性能进行验证；叶金铭等[5]用基于面元法，比较不同网格划分计算得到的空泡形状，讨论了网格疏密程度对空泡的影响;朱志峰等[6]认为增加盘面到出口的距离和外流域使用结构网格可以提高片空化预报。胡健等[7]采用叶梢尖端螺旋加密方法捕捉叶梢空泡。Yilmaz等[8]采用自适应网格技术划分叶梢涡滑流区域，结合大涡模拟，研究了船、桨、舵之间耦合对螺旋桨梢涡发展的影响。对大负荷水面舰船船后非均匀伴流对螺旋桨空泡的发生、发展、溃灭的瞬态变化也有相关研究。刘恒等[1]和王超等[9]通过在入口处加载船艉非均匀伴流，研究螺旋桨处于不同强度伴流区域空泡性能，发现桨叶表面空泡范围和大小差异较大，进入高伴流区域空泡加剧，远离高伴流区域空泡减弱。……