動(dòng)網(wǎng)格研究導(dǎo)管螺旋槳變速旋轉(zhuǎn)時(shí)的推力特性

張恩偉　吳家鳴　鐘樂(lè)

摘要：導(dǎo)管螺旋槳作為一種高效率的推進(jìn)裝置，在水下各種工況下轉(zhuǎn)速隨時(shí)間而變化，而在螺旋槳變速轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，其周?chē)牧鲌?chǎng)以及導(dǎo)管螺旋槳的推力特性也會(huì)隨之變化。本文采用動(dòng)網(wǎng)格與滑移網(wǎng)格混合技術(shù)，應(yīng)用UDF對(duì)螺旋槳變速轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行控制，對(duì)導(dǎo)管螺旋槳做變速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的推力特性進(jìn)行模擬與分析，得到其運(yùn)動(dòng)過(guò)程的推力曲線(xiàn)變化情況。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)管螺旋槳；動(dòng)網(wǎng)格；滑移網(wǎng)格；推力特性；變速轉(zhuǎn)動(dòng)

1.前言

導(dǎo)管螺旋槳是常見(jiàn)的螺旋槳推進(jìn)器中的一種，它在負(fù)荷較重時(shí)，其效率比普通螺旋槳高，該類(lèi)推進(jìn)器尤其適用于漁船、拖輪、海洋工程工作船等多工況運(yùn)行的水面船舶以及水下機(jī)器人等帶纜遙控潛器作為其軌跡與姿態(tài)操縱的一種推進(jìn)控制機(jī)構(gòu)。導(dǎo)管螺旋槳與承載其運(yùn)動(dòng)的主體在水下進(jìn)行作業(yè)時(shí)，由于海況等自然條件的限制，導(dǎo)管螺旋槳并非按照勻速變化的角速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，因此研究螺旋槳變速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的推力特性對(duì)提高螺旋槳推進(jìn)效率以及設(shè)計(jì)具有參考意義。

現(xiàn)階段研究導(dǎo)管螺旋槳推力特性的過(guò)程中，利用最多的是相對(duì)運(yùn)動(dòng)的原理，設(shè)置不同的來(lái)流速度間接實(shí)現(xiàn)螺旋槳進(jìn)速的變化。同時(shí)，在模擬導(dǎo)管螺旋槳敞水性能時(shí)，分別對(duì)不同轉(zhuǎn)速不同進(jìn)速下的推力特性進(jìn)行研究，并沒(méi)有研究轉(zhuǎn)速線(xiàn)性變化的情況下導(dǎo)管螺旋槳產(chǎn)生的推力變化。文獻(xiàn)利用數(shù)值方法研究了導(dǎo)管螺旋槳輸入轉(zhuǎn)速隨時(shí)間變化情況下的水動(dòng)力響應(yīng)特性，對(duì)比了轉(zhuǎn)速波動(dòng)幅值和頻率對(duì)響應(yīng)特性的影響。但是，文中對(duì)導(dǎo)管螺旋槳進(jìn)速的設(shè)定依然采用的為相對(duì)運(yùn)動(dòng)的原理，即采用改變來(lái)流速度間接實(shí)現(xiàn)導(dǎo)管螺旋槳進(jìn)速的改變。

本文在參考文獻(xiàn)動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)的基礎(chǔ)下，對(duì)導(dǎo)管螺旋槳變速轉(zhuǎn)動(dòng)的推力特性進(jìn)行研究，首先對(duì)導(dǎo)管螺旋槳進(jìn)行模型構(gòu)建，采用動(dòng)網(wǎng)格動(dòng)態(tài)層方法和滑移網(wǎng)格混合技術(shù)模擬導(dǎo)管螺旋槳的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)以及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，采用UDF函數(shù)中的DEFINE_TRANSIENT_PROFILE宏對(duì)導(dǎo)管螺旋槳轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。同時(shí)利用計(jì)算流體力學(xué)方法對(duì)計(jì)算域內(nèi)求解N-S方程，進(jìn)而計(jì)算得到導(dǎo)管螺旋槳的推力曲線(xiàn)。