[發明專利]一種螺旋槳敞水性能數值計算方法及系統

在審

• 申請號: 202310056645.6
• 申請日: 2023-01-17
• 公開（公告）號: CN116204976A
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 沈海龍;游航;賈昊
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20;G06T17/00;G06F119/14
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王愛濤

1.一種螺旋槳敞水性能數值計算方法，其特征在于，包括：

獲取螺旋槳參數；所述螺旋槳參數包括：直徑、葉數、盤面比和螺距比；

根據所述螺旋槳參數確定螺旋槳不同半徑處的葉切面二維型值點；并將螺旋槳不同半徑處的葉切面二維型值點轉換為笛卡爾坐標系下螺旋槳三維型值點；

根據所有螺旋槳笛卡爾坐標系下的三維型值點，運用Java對三維建模軟件Catia進行二次開發和調用，構建螺旋槳三維模型；

根據所述螺旋槳三維模型，調用CFD軟件FLUENT進行螺旋槳敞水性能數值計算，進而根據數值計算結果對所述螺旋槳三維模型進行迭代優化。

2.根據權利要求1所述的一種螺旋槳敞水性能數值計算方法，其特征在于，所述根據所述螺旋槳參數確定螺旋槳不同半徑處葉切面二維型值點；并將螺旋槳不同半徑處葉切面二維型值點轉換為笛卡爾坐標系下螺旋槳三維型值點，具體包括：

建立以螺旋槳三維模型的槳轂中心線為Z軸，螺旋槳三維模型的中心為原點的笛卡爾坐標系；

利用公式確定笛卡爾坐標系下螺旋槳三維型值點；

其中，Ri表示不同半徑處葉切面的半徑值，α為螺距角，α＝tan^-1(p/2πRi)，P為螺距，β為螺旋槳的傾斜角，Xi、Yi為不同半徑處葉切面二維型值點的橫縱坐標，Li為導邊到母線的距離，X、Y、Z為笛卡爾坐標系下螺旋槳三維型值點。

3.根據權利要求2所述的一種螺旋槳敞水性能預報方法，其特征在于，所述根據所述螺旋槳參數確定螺旋槳不同半徑處葉切面二維型值點；并將螺旋槳不同半徑處葉切面二維型值點轉換為笛卡爾坐標系下螺旋槳三維型值點，之后還包括以下公式：

N＝Z-1；

γ＝(2*π)/N；

X₁＝X*cosγ-Y*sinγ；

Y₁＝Y*cosγ+X*sinγ；

Z₁＝Z；

其中，N表示旋轉次數，γ表示每次旋轉的次數，X₁、Y₁、Z₁表示旋轉之后的三維坐標。

4.根據權利要求1所述的一種螺旋槳敞水性能數值計算方法，其特征在于，所述根據所述螺旋槳三維模型，調用CFD軟件FLUENT進行螺旋槳敞水性能數值計算，進而根據數值計算結果對所述螺旋槳三維模型進行優化，具體包括：

運用CFD軟件FLUENT，采用參考坐標系法，將螺旋槳三維模型的計算域進行劃分，確定旋轉域和靜止域；旋轉域為螺旋槳三維模型的設定范圍內的計算域；所述靜止域為螺旋槳三維模型的設定范圍外的計算域；

根據劃分后的計算域，對螺旋槳三維模型進行敞水性能計算，確定推力系數、轉矩系數和螺旋槳效率；

根據推力系數、轉矩系數和螺旋槳效率對所述螺旋槳三維模型進行優化。

5.根據權利要求4所述的一種螺旋槳敞水性能數值計算方法，其特征在于，所述根據劃分后的計算域，對螺旋槳三維模型進行數值計算，確定推力系數、轉矩系數和螺旋槳效率，具體包括：

利用公式確定推力系數；

利用公式確定轉矩系數；

利用公式確定螺旋槳效率；

其中，K_T為推力系數，K_Q為轉矩系數，η為螺旋槳效率，D為螺旋槳直徑，單位為m，n為轉速，單位為rps，ρ為液體的密度，J為進速系數，v為前進速度，單位為m/s；T為推力，單位為N，Q為轉矩，單位為N/m。