空泡螺旋桨升力面理论设计方法

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1、万方数据第6卷第l期2002年2月船舶力学J0umalofShipMechanicsVDl6No．F曲．2002文章编号：10叩一7294{2002)Ol一00¨一们空泡螺旋桨升力面理论设计方法王国强，杨晨俊(上海交通大学．上海200030)摘要：车文提供了一个局部空泡和超空泡同时存在的空泡螺旋桨或超空泡螺旋桨的升力面理论设计方法。在世计的第一阶段．基于由二元超空泡翼型的线性涡分布面元法获得的二元超空泡翼型性能．应用娄勃氏诱导圜了方法升力线理论初步确定空泡螺旋桨的几何形状．如：桨叶轮廓、剖面形状、径向负荷分布和螺距分布等，然后．用局部空泡和超空泡螺旋桨的升力面性能预报方法

2、计算设计桨的空泡几何形状和性能，并对设计桨进行修改．最后得到考虑丁三因次影响后满足设计要求的空泡螺旋桨。关键词：面元法；升力面理论；螺旋桨；空泡；空泡螺旋桨中围分类号：u66l313文献标识码：A1概述对于高速船，利用超空泡螺旋桨作为推进方式是一种明智的选择，因为超卒泡螺旋桨可以成功地满足高效率和高推力的要求而叉避免空泡剥蚀。瑞典ssPA于1979年发表了一个超空泡螺旋桨系列．且以图谱形式可供设计者应用“】。早在1962年，美国的Verllli嘿，E．就已提出了一个结合二因次超空泡翼型和升力线理论的超空泡螺旋桨的理论设计方法“1。日本sR】的ukon对于超空泡螺旋桨的设计

3、方法进行了系列研究，发表了不少文章o’“。本文首先开发了一个求解二元超空泡翼型的性能的线性涡分布的面元法。基于面元法计算的二元超空泡水翼空泡几何形状，流体动力性能，采用升力线理论议汁方法加升力面修正设计局部空泡和超空泡同时存在的空泡螺旋桨。从而初步确定桨叶轮廓、剖面形状、径向负荷分布和螺距分布。然后，利用局部空泡和超空泡螺旋桨的升力面性能预报方法计算设计桨的空泡几何形状和性能，并对设计桨的剖面形状和螺距分布进行修改，得到考虑了三闭次影响后满足设计要求的空泡螺旋桨。2线性涡元法求解二元超空泡翼型的性能在水翼的湿表面布置密度为线性分布的涡，而在上、下空泡表面布置强度相等但符号

4、相反的等密度涡．在水翼前缘布置奇异涡。利用空泡表面和湿表面的动力学条件和运动学条件则可求得涡分布强度及空泡形状，最后求得超空泡水翼的水动力性能。图l所示为一超空泡水翼。水翼下湿表面由三部分所组成：为考虑翼端涡分布的奇性影响，在导边和随边各取一微段sle2和ste，在其上分别戈Ⅱ分Ilfl2、nf3个线元段，并在其上布置奇异涡；其余绝大部分的水翼下湿表面分成n12段线元，每段线元上布置连续分布的线性涡。水翼上表面由二部分组成：前缘导边处取一微段slel，取nfll线元段布置奇异涡，以考虑翼端涡分布的奇性影响；水翼上表面绝大部分全为空泡所覆盖，因此，空泡从翼上表面slel的末

5、端和下表面随边，即ste的末端开始。空泡表面布置强度相等等密度涡，但上、下表面涡密度异号，空泡上表面以nc2段线元表示，F表而分为ncl段线元。取各线元的中点为控制点。这里还需说明一点，为了考虑空泡的末端封闭条件，采用Riabourhinskv收稿日期：200l一03—29作者简介：王国强(1936一)，男，上海交通大学船舶与海洋工程学院教授。万方数据12船舶力学第6卷第l期模型，在空泡的末端布置一个小圆弧，其长度为send，分成ne个线元段，并在其上布置连续分布的线性涡，由于空泡上下表面布置符号相反但强度相等等密度涡，故在小圆弧的中点涡强度为零。Tlfl2sle2图1F

6、igl利用本文方法对于二项式超空泡剖面进行了校核计算。图2为二项式超空泡剖面对应不同空泡数的剖面升力系数的计算结果和试验一一——一一结果的比较。卜_：=j—志=≯卜_卜—+—十—÷—÷击i鬲’一由图2的比较可见，在我们感兴趣osi：二二：二冀=：蓦F{一}．一{二。干二二二j的超空泡工作条件下，计算结果与他人；：器：喜F干二干二干二#二二二干二二=的汁算结果和试验结果吻合很好，仅在目：；篡：己。。。[=了二j二j二二F=二j二二—j小功角较大空泡数时，我们的计算值偏o4E：：篙：葛：蓦E士二=二士二士二二主二二=：高一些．这是由于此时空泡长度较短，JL_{=i==工==f

7、—=_——L—十—o一一7_≥一空泡形状已与剖面相交之故。．E二=二}二二二二[二二喜j≥jij￡：jj二t。由于超空泡螺旋桨各半径剖面通”L工二二{：‘二_j’。l二毛二：{；二砭!三：』二二二：_二一常都丁作于几何攻角(相对于剖面鼻尾E=#=Fj；；享；善彝至章二主二j二二_：一_～线测量的攻角)p=2．5。左右，即从所谓。：E型=j三年至±竺f二上二仁二}二茸二=4。=o参考线测量的攻角n=2。左右⋯，F习L1—_十—{—十—十斗—卜一÷_一因此对于二项式超空泡剖面，进行了”01。”。=2。，p=25。、由拱度所产生的升