[發明專利]一種抗空化扭曲舵的設計方法

有效

• 申請號: 201710483478.8
• 申請日: 2017-06-22
• 公開（公告）號: CN107264763B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 葉金銘;王威;于安斌;張凱;邵濤
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: B63H25/38
• 分類號: B63H25/38;B63B9/00
• 代理公司: 北京天盾知識產權代理有限公司 11421
• 代理人: 黃淑娟

1.一種抗空化扭曲舵的設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一、根據目標船舶的需求，確定舵高、各展向位置剖面的弦長、各展向位置剖面的最大厚度、各展位置剖面的線型，包括剖面厚度沿著弦向的分布形式和剖面拱度沿著弦向的分布形式以及舵軸在舵上的安裝位置等基本參數，以這些基本參數作為扭曲舵設計的原始參數；

步驟二、通過數值計算方法或者試驗測量方法得到目標船舶無舵情況下在中高速直航時螺旋槳后的尾流場數據，所述尾流場數據包括尾流速度方向和速度大小的分布；

步驟三、依據步驟一所述的舵高、各剖面的弦長、各剖面的最大厚度、舵軸的安裝位置基本參數，在上述尾流場數據的基礎上，對各展向位置剖面的幾何攻角和線型，包括剖面厚度沿著弦向的分布形式和剖面拱度沿著弦向的分布形式進行調整，得到各種舵的幾何形狀方案，并計算0°舵角時各方案舵葉表面的壓力p的分布及相應的負壓力系數提取各展向位置剖面上的負壓力系數的峰值，負壓力系數的定義為：其中p為舵表面的壓力，p₀為參考壓力，ρ為海水密度，V_S為船舶航速；通過對舵各展位置剖面的幾何攻角和線型進行優化設計，獲取使各展向位置剖面上相應峰值取值最小，即各剖面壓力最低值取值最大的最佳幾何攻角和最佳線型數據，以上述各展向位置剖面的最佳幾何攻角和最佳線型數據為基礎加工扭曲舵；

步驟三中所述舵各展向位置剖面的幾何攻角和線型的具體優化過程可以分為：

過程(a)，保持各展向位置剖面弦向方向的厚度分布不變，拱度設為零，調整各展向位置剖面的幾何攻角，使各展向位置剖面幾何攻角與步驟二中相應位置的來流攻角相等，獲取各展向位置剖面的幾何攻角分布作為過程(a)的設計結果；

過程(b)，在過程(a)的基礎上，保持各展向位置剖面弦向方向的厚度分布不變，拱度設為零，考慮舵和槳的相互影響，用數值計算方法對舵和槳相互作用下的水動力進行計算，得到舵各剖面上壓力面以及吸力面的壓力分布，將各剖面的幾何攻角沿展向的分布作為調整參數，目標函數為各剖面上所有指定弦向位置壓力面與吸力面壓力分布之差的平方和，通過最小二乘法可以使目標函數達到極小值，獲取各剖面的幾何攻角分布數據作為過程(b)的設計結果；

過程(c)，在過程(b)的基礎上，保持各展向位置剖面的幾何攻角和最大厚度不變，以各展向位置剖面厚度沿弦向的分布形式作為調整參數，以所有指定展向位置剖面負壓力系數峰值的平方和為目標函數，通過最小二乘法采用迭代方法求解使目標函數達到最小值的各剖面厚度沿弦向的分布數據作為過程(c)的設計結果；

過程(d)，在過程(c)的基礎上，保持各展向位置剖面的最大厚度和各展向位置剖面厚度沿弦向的分布形式不變，以各展向位置剖面幾何攻角和拱度沿著弦向的分布形式為調整參數，以所有指定展向位置剖面負壓力系數峰值的平方和為目標函數，通過最小二乘法采用迭代的方法求解使目標函數取最小值的各剖面幾何攻角和拱度沿著弦向的分布形式數據，以該求解結果中的各剖面幾何攻角和各剖面拱度沿弦向的分布形式數據作為過程(d)的設計結果；

其中，從過程(a)到過程(d)，優化設計過程是層層遞進的，根據目標船舶的實際設計需求，可以只執行過程(a)，也可從過程(a)開始執行到過程(b)或者過程(c)或者過程(d)，以最后一過程獲得的設計結果作為扭曲舵的設計數據。

2.根據權利要求1所述的一種抗空化扭曲舵設計方法，其特征在于，在過程(c)中，為了操作方便，可以使各展向位置剖面厚度的分布形式相同，即各剖面同一弦向位置的厚度與該剖面的最大厚度的比值相等，以使作為未知量的厚度分布的維數從二維降為一維，只有弦向方向的變化，不考慮展向方向的變化，減少迭代計算工作量。

3.根據權利要求1所述的一種抗空化扭曲舵設計方法，其特征在于，在過程(d)中為了操作方便，可以讓各展向位置剖面拱度沿弦向的分布形式相同，即各剖面每一弦向位置處的拱度與該弦向位置的厚度的比值相等，以減少迭代計算。