涡识别技术及其在船用螺旋桨伴流场中的应用

涡识别是很重要的流体问题, 为了在船用螺旋桨伴流场中寻找一种合理的涡识别方法, 本文结合实践, 研究了六种涡识别技术理论, 其中使用Burgers涡流和Lamb-Oseen涡流作了必要的解释, 讨论了各种识别方法的优缺点. 局部低压标准比较直观, 但深究其黏性和非定常影响后, 明显不足; 迹线或流线显然不能满足伽利略不变性, 会使辨别变得混乱; 涡度大小需要规定其阈值, 具有一定不确定性, 且也会识别不是涡的涡片; 速度梯度张量的复特征值也会有识别不出的区域; 速度梯度张量的第二不变量标准和对称张量的第二特征值标准能更好地识别涡核, 这两种标准有时等效. 螺旋桨伴流场的数值模拟是在开源软件OpenFOAM平台上实现的, 湍流大涡模型由一种局部动态方程建模, 此模型优于动态Smagorinsky模型. 最终的结果显示: 对于船用螺旋桨伴流场中的涡, 采用速度梯度张量的第二不变量和对称张量的第二特征值的结果基本一致, 而最小压力标准、流线或迹线标准、涡度值标准和速度张量的复特征值标准都存在一定的缺陷, 不适用于船用螺旋桨伴流场中的涡识别.      

平流层飞艇气动外形优化设计:螺旋桨的影响

建立综合螺旋桨影响的平流层飞艇气动外形优化设计平台.采用Hicks-Henne型函数法参数化艇身轮廓，发展IDW-TFI混合动网格技术实现变形网格高效生成；基于作用盘理论模拟螺旋桨，建立飞艇流场高效数值求解方法.以LOTTE飞艇作为初始外形，阻力系数最小为目标，飞艇体积作为约束条件，通过NLPQL算法寻优获得最佳艇身设计方案.优化后飞艇的尾部形状较平坦，艇身最大横截面位置前移，气动性能得到明显改善，其阻力系数相对于初始外形降低了26.88%.     

基于ANSYS ACP的复合材料螺旋桨流固耦合计算方法

针对复合材料螺旋桨的流固耦合水弹性行为,为形成双向耦合的集成平台,对复合材料螺旋桨进行了流固耦合计算方法的研究。在ANSYS Workbench平台中,采用ACP模块对复合材料螺旋桨的建模进行了分析,介绍了复合材料螺旋桨的建模流程、流体计算模型和固体计算模型。通过静态加载试验对复合材料螺旋桨建模方法的可靠性进行了验证,计算值与试验值的偏差在5.1%以内,且反映出材料的各向异性。通过空泡水洞模型试验对复合材料螺旋桨流固耦合敞水性能计算方法的精确度进行了验证,在转速为12.7r/s和25r/s两个工况下计算的推力和扭矩与试验值吻合较好。验证了基于ANSYS ACP的复合材料螺旋桨稳态流固耦合计算方法合理可行,为复合材料螺旋桨的流固耦合振动特性分析提供了参考。     

船舶无空泡螺旋桨非定常推力脉动及其诱导线谱噪声分析

对船舶无空泡螺旋桨非定常推力脉动及其诱导的线谱噪声进行了研究,主要目的在于螺旋桨非定常推力脉动理论预报方法的验证。基于速度势面元法计算得到非均匀流场中无空泡螺旋桨的推力脉动,在大型循环水槽中利用非定常动力仪测试得到全附体船后螺旋桨的脉动推力,以脉动推力作为声源项预报得远场线谱噪声。一阶叶频非定常推力系数理论计算值与试验值最大相差29.3%,由此引起的线谱噪声差别为3.0 dB。上述结果表明,面元法预报船后螺旋桨非定常推力脉动已达到较高精度,为船舶螺旋桨低频线谱噪声的预报提供了物理基础和重要参数。      

螺桨盘转子轴头动刚度实验测量方法及技术处理

在螺桨盘转子系统的颤振涡动研究中,系统的安装刚度对转子的颤振涡动失稳有着重要的作用.对于飞机发动机,实际安装情况十分复杂,发动机短舱.安装节、机翼等对螺桨盘转子的运动均有影响.所以,在颤振涡动研究中,必须考虑轴头的动刚度.轴头的动刚度是通过动柔度转换而来的,而在动柔度的实验测量中必须解决几个技术问题,首先是提高信噪比.其次是消除工艺夹具带来的附加质量和附加转动惯量的影响,从而提高动刚度系数的测量精度.本文通过对模型转子以及某实际桨轴发动机转子轴头动刚度系数的测量及处理,阐述轴头动刚度矩阵的测量方法,以及有关技术问题的处理过程.     

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基于介质阻挡放电等离子体的体积力气动激励机理,仿真研究了等离子体增升减阻技术对沿螺旋桨桨径方向均匀分布的10个叶素气动特性的改善效果.采用叶素理论,对比分析了等离子体对螺旋桨整体气动性能的提高效果.主要结论有:桨尖和桨叶根部的叶素容易发生气动分离现象,其中根部叶素处于负攻角的工况中;采用介质阻挡放电等离子体流动控制技术可以完全抑制流动分离不太严重的桨叶中部区域的叶素气动分离,对桨尖处翼型的严重气动分离不能完全抑制但也有改善作用,但对处于负攻角工况的叶素作用不大;等离子体增升减阻技术确实可以提高螺旋桨的气动性能,对本文所研究的情况,螺旋桨的拉力和效率分别提高了28.27％和 12.3％.     

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基于介质阻挡放电等离子体体积力气动激励机理,数值研究了两种等离子体流动控制方案对螺旋桨桨径根部处于负攻角工况下叶素气动性能的改善效果.结果显示,激励器布置在下翼面时等离子体体积力大于其布置在叶素前后缘时的情况;激励器布置在下翼面时,可抑制流动分离,使得螺旋桨桨根部位叶素产生更大的负拉力,但会减小螺旋桨的扭矩;激励器布置在前后缘时,会使螺旋桨根部叶素拉力增大,提高螺旋桨总拉力,但不能抑制流动分离,所以会增大螺旋桨的扭矩.     

船舶侧斜螺旋桨空化噪声调制谱模型

针对侧斜螺旋桨船舶建立了一种螺旋桨空化噪声调制谱理论模型.将螺旋桨旋转过程中崩溃的空泡体积的周期性变化近似为空化噪声能量的变化,根据船尾伴流速度与空泡噪声体积成比例以及螺旋桨转速与空泡数量成比例的关系,推导出了空化噪声调制谱数学表达式.理论分析和仿真验证了桨叶之间的差异性是调制谱轴频线谱存在的主要原因,而影响调制谱叶频...     

演示实验在习题课教学中的应用

 习题课是大学物理教学的一个重要环节,它有助于学生巩固、加深和扩大所学的理论,牢固而系统地掌握有关的物理知识,提高分析问题和解决问题的能力.     

《应用声学》2010年总目录第29卷第1-6期

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