导管对转桨的水动力优化设计及噪声性能分析

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1、硕士学位论文导管对转桨的水动力优化设计及噪声性能分析HYDRODYNAMICOPTIMAZATIONDESIGNANDNOSIEANALYSISOFDUCTEDCONTRA-ROTATINGPROPELLER倪豪良哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：U664.33学校代码：10213国际图书分类号：629.5密级：公开工学硕士学位论文导管对转桨的水动力优化设计及噪声性能分析硕士研究生：倪豪良导师：王大政教授申请学位：工学硕士学科：船舶与海洋工程所在单位：船舶与海洋工程学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学NDClassifiedIndex:U664.3

2、3U.D.C:629.5DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringHYDRODYNAMICOPTIMAZATIONDESIGNANDNOSIEANALYSISOFDUCTEDCONTRA-ROTATINGPROPELLERCandidate：NiHaoliangSupervisor：Prof.WangDazhengAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringNavalArchitectureandOceanSpeciality：EngineeringSchoolofNavalArchitec

3、tureandAffiliation：OceanEngineeringDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要节能和环保是绿色船舶的两个重要理念，推进器作为船舶主要能耗源和噪声源已受到越来越多研究人员的关注。导管对转桨结合了导管螺旋桨和对转螺旋桨的特点，具有高效率、高推力和低噪音的优势，而国内外对其性能研究还非常少。本文在一台单转子导管螺旋桨19A/Ka4-55的基础上，根据叶栅理论设计导管对转桨，然后利用基于粘性计算流体力学

4、的CFX以及Lighthill声类比有限元法的Actran软件对导管对转桨水动力性能以及无空化噪声性能进行了较为系统的分析，并与单转子导管桨进行了对比。首先，本文分别介绍了导管螺旋桨和对转螺旋桨各自的特点以及它们组合而成的导管对转桨几种可行的结构，由于导管对转桨理论方面的研究相当稀少，本文分别概括总结了关于导管螺旋桨、对转螺旋桨的水动力性能以及螺旋桨噪声分析方面的研究方法以及发展趋势。其次，运用粘流计算流体力学CFD方法预报了一台普通单转子导管螺旋桨19A/Ka4-55的敞水性能，并与敞水实验结果对比，进行了数值方法正确性以及网格无关性验证。基于导管对转桨与叶轮机在形态以及内部

5、流动形式的相似性，在普通导管桨基础上根据叶栅理论初步设计了一台导管对转桨，并计算其水动力性能，与单转子导管桨进行对比。再次，分析了初步设计的导管对转桨性能不理想的原因，重新对前后桨的螺距匹配进行分析，分别采用了等出口处切向诱导速度和等加功量比两种设计方案，通过调整转速实现最佳匹配。由于导管对转桨前后桨旋转时周期性的相位变化，桨叶推力、转矩周期性变化幅值大，即激振力大，于是研究了不同前后桨叶数匹配对激振力的影响。最后，以非定常计算得到的螺旋桨流场的时域速度场，通过傅立叶变换得到频域噪声源，通过Lighthill声类比变分公式有限元法进行声传播计算，分别预报了均匀来流和非均匀来流下

6、导管对转桨和单转子导管桨的无空泡噪声，并进行对比及分析，研究了螺旋桨噪声声压级频谱特性，噪声声压级随距离、进速系数的变化情况，声压级指向性、声源特性等特点。本文主要初步研究了一种新型推进器的水动力性能设计方法以及其噪声特性，对后续深入的研究有着重要意义。关键词：导管对转桨；单转子导管桨；叶栅理论；水动力性能；噪声分析-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractEnergyconservationandenvironmentalprotectionaretwoessentialconceptsingreenshipdesign,andpropellersasthemajo

7、renergyandnoisesourceoftheshipshavebeenpaidmoreandmoreattentionofresearchers.Ductedcontra-rotatingpropeller(DCRP)isaneffectivecombinationofductedpropellerandcontra-rotatingpropellerwiththeadvantageofhigherefficiency,largerthrustandlowernoise,fewstu