[發(fā)明專利]一種復合材料螺旋槳空泡性能的計算方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201511009108.8
• 申請日: 2015-12-28
• 公開（公告）號: CN105653781A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王榮國;張旭婷;洪毅;赫曉東;劉文博;矯維成
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 楊立超

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復合材料螺旋槳空泡性能的計算方法。

背景技術(shù)

復合材料螺旋槳的研究工作從上世紀60年代開始，發(fā)展至今，相比于傳統(tǒng)金屬螺 旋槳其輕質(zhì)、高比剛度、高比強度、耐腐蝕等特性正逐漸應用到高性能艦船領(lǐng)域，在不久的 將來將取代傳統(tǒng)的金屬螺旋槳。但是由于復合材料的變形特性，大大增加了研究工作的難 度，需要同時考慮流體與結(jié)構(gòu)的影響。隨著水下探測設(shè)備在精度和探測距離方向的不斷發(fā) 展，對艦船的隱身性能和航行環(huán)境提出了更加苛刻的要求，復合材料螺旋槳的研究工作正 面臨著前所未有的難度與高度。

螺旋槳在水中旋轉(zhuǎn)時，葉面與葉背之間的壓力差提供艦船前進的動力，在航行過 程中，隨著槳葉面壓力的改變，不可避免的會產(chǎn)生空泡。空泡的產(chǎn)生會引起槳葉表面壓力脈 動，影響螺旋槳的水動力性能，降低推進效率。螺旋槳噪聲是艦船噪聲的主要來源，空泡是 形成螺旋槳噪聲的主要成因，嚴重影響艦船的隱蔽性。同時，空泡的長期作用還會剝蝕螺旋 槳表面材料，造成表面材料缺陷，影響螺旋槳的水動力性能，因此復合材料螺旋槳的空泡性 能研究具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是要解決現(xiàn)有方法會因產(chǎn)生空泡影響螺旋槳的水動力性能，降低推進效 率，嚴重影響艦船的隱蔽性，剝蝕螺旋槳表面材料，造成表面材料缺陷并且影響螺旋槳的水 動力性能，而提出了一種復合材料螺旋槳空泡性能的計算方法。

一種復合材料螺旋槳空泡性能的計算方法，它按以下步驟實現(xiàn)：

步驟一、使用三維建模軟件CAD建立復合材料螺旋槳的幾何模型，螺旋槳所在的坐 標系為笛卡爾坐標系，取X軸為螺旋槳的旋轉(zhuǎn)軸，正X方向為來流方向；

步驟二、在網(wǎng)格劃分軟件中建立復合材料螺旋槳流體計算域并劃分網(wǎng)格；

步驟三、流體基本設(shè)置：采用基于RANS方程的計算流體力學軟件建立復合材料螺 旋槳水動力性能求解方程，設(shè)置求解參數(shù)，邊界條件、啟動動網(wǎng)格、定義復合材料螺旋槳槳 葉部分為流固耦合面，設(shè)置計算時間步為t₀及步長n；

步驟四、在AnsysWorkbench復合材料分析軟件ACP中定義復合材料的彈性模量、 楊氏模量和泊松比，定義復合材料鋪層角度及順序?qū)秃喜牧下菪龢獦~進行鋪層，鋪層 后生成含有復合材料屬性及鋪層特性的復合材料螺旋槳槳葉網(wǎng)格文件；

步驟五、利用結(jié)構(gòu)計算軟件的前處理器劃分槳轂有限元網(wǎng)格；

步驟六、合并復合材料螺旋槳槳葉網(wǎng)格與槳轂有限元網(wǎng)格，在結(jié)構(gòu)求解器中定義 復合材料螺旋槳槳葉與槳轂接觸部分為固定約束，將復合材料螺旋槳槳葉部分設(shè)置為流固 耦合面，設(shè)置計算時間步t₀及結(jié)束時間t_a，其中t_a＝t₀·n；

步驟七、定義流固耦合計算中流體計算的水動力載荷與復合材料螺旋槳槳葉變形 量傳遞耦合面，流體部分的耦合面設(shè)置為耦合面1，結(jié)構(gòu)部分的耦合面設(shè)置為耦合面2，耦合 順序從耦合面1到耦合面2，流固耦合計算時間步t₀及結(jié)束時間t_a；

步驟八、建立復合材料螺旋槳流固耦合方程