螺旋槳建模的案例
STAR-CCM+運動建模案例：開放水域中的船用螺旋槳
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問題描述
本教程介紹如何模擬船用螺旋槳在開放水域中的工作過程。螺旋槳置于一個如下所示的虛擬水池中。螺旋槳是一個可變螺距螺旋槳，在前緣和尾緣處的槳轂和螺旋槳葉片之間有一個 0.3 mm 的間隙，在模擬中保持此間隙。使用 MRF 對螺旋槳的旋轉建模。本仿真中螺旋槳直徑為0.25m。螺旋槳轉速為15 rps。
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STAR-CCM+設置
（1）在使用MRF 對螺旋槳的運動建模。起始模擬文件包含兩個區域，一個用于旋轉的螺旋槳，另一個用于靜態流體域。使用拉伸網格模型來擴展靜態區域。
（2）將為旋轉區域及其周圍使用切割體網格生成器網格模型。使用拉伸網格網格生成器網格化軸周圍的靜態區域，因為這樣可以最大程度地降低計算成本。本案例采用的網格化策略采用基于零部件的網格化（PBM）方法。這種網格化策略在幾何零部件上執行網格操作生成流程；因此，用戶可對輸入零部件進行修改，并通過生成流程將變化傳輸到體網格。拉伸網格也是生成流程操作的一部分。右鍵單擊Geometry> Operations節點，選擇New> Mesh > Automated Mesh，在生成的對話框中，選擇網格重構，切割體網格單元，棱柱層網格。
（3）右鍵點擊Operations >Automated Mesh > Custom Controls，選擇New > Surface，Curve Control.對螺旋槳葉片進行細網格細化。
展開 samcef螺旋槳傳動建模
在之前的建模案例中，已經針對梁單元的長軸及螺旋槳進行了建模和零界狀態分析，形成了含有有限元網格的模型。在本案例中，將會把之前的模型作為次級模型導入，并通過置位，裝配形成一個完整的帶有傳動軸的螺旋槳推動器。通過隱式非線性求解運算，獲得2s內的模型瞬態響應。
通過本案例，可以了解到：
（1）
如何將已有各個次級模型導入形成整體模型；
（2）
如何重新調整次級模型的位置，包括幾何模型及網格；
（3）
如何更改原有約束并重新設置；
（4）
如何進行隱式非線性求解；
視頻：優酷視頻：http://v.youku.com/v_show/id_XOTQ4NzE2NjAw.html
百度網盤：http://pan.baidu.com/s/1c0CnKR2
前期部件分析準備：http://forums.caenet.cn/showtopic.aspx?topicid=623928&typeid=116
展開 設計仿真 | 基于Actran的螺旋槳非空化噪聲仿真研究
研究背景及內容
螺旋槳是船舶的主要推進器之一，具有良好的水動力性能、較高的推進效率和簡單的結構等特點。然而，在船舶設計和運行中，螺旋槳的噪聲問題一直是一個重要且復雜的挑戰。
本研究使用仿真手段對旋轉槳的非空化噪聲進行研究。研究分為流體動力學仿真計算和聲學仿真計算，流體計算以縮比的DMPT P4119標準槳為研究對象。在穩態計算中，采用SST 湍流模型。瞬態計算采用大渦模擬(LES)湍流模型，計算不同工況下螺旋槳的水動力性能。所得流場結果與文獻中的試驗數據誤差在5%以內。聲學計算采用聲學商業軟件ACTRAN中的Lighthill聲類比方法計算螺旋槳在進速系數J=0.833時的非空化噪聲，所得聲場結果與文獻中的試驗數據誤差在10dB以內。
Research Methods
研究方法
01
槳葉模型
根據獲得的DTMB P4119螺旋槳的型值表，進行幾何建模。螺旋槳直徑為0.3048米，葉片數為3。完成標準尺寸的螺旋槳建模后，以螺旋槳中心為基準點，按比例縮小，縮放因子為0.657894。縮放后的直徑為D=0.2米。縮小比例的螺旋槳的主要特征如表1所示。
02
流體動力學模型
如圖1所示在螺旋槳周圍創建三個流體域，即螺旋槳周圍均勻包裹小流體域，中間流體域及最外層流體域。螺旋槳周圍均勻包裹小流體域為旋轉域，包裹住螺旋槳。中間流體域（Mid region）為靜止域專為Actran計算時數據提取。采用速度進口邊界（velocity inlet）模擬流體的流動，流體流動方向垂直于進口表面。螺旋槳表面被設定為無滑移邊界（wall），而計算域的外圓柱面被設定為對稱邊界（symmetry）。流體出口被設定為壓力出口邊界（pressure outlet），不同區域之間的交界面設定為Interface邊界，如下圖2示。
展開 STAR-CCM+ 案例：體積力螺旋槳法
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虛擬盤模型
虛擬盤體模型基于將螺旋槳、渦輪機、轉子和風扇等表示為執行器盤體的原則。當提供有關轉子/螺旋槳行為的信息且需要它對周圍的流場產生影響時，執行器盤體就有用。流場中執行器盤體的操作以虛擬盤體上分布的源項形式進入動量方程。根據應用領域對執行器操作進行建模。對于虛擬盤體模型，當前可實現四種方法：體積力螺旋槳法，葉片單元法，1D動量法，用戶自定義法。作為虛擬盤體模型的一部分，體積力螺旋槳法對船舶螺旋槳的效應進行模擬。
體積力螺旋槳法主要對船體和螺旋槳的流場相互作用進行仿真。螺旋槳引起的流態取決于船體周圍的流態。同樣，船體流受螺旋槳的影響。體積力螺旋槳法可用作DFBI（動態流體相互作用）模擬的一部分。使用此方法具有明顯的優勢，可減小網格尺寸，從而降低執行模擬（包括螺旋槳幾何）的計算成本。如果不需要螺旋槳周圍的詳細流場、但需要正確推進指定，此方法十分有用。
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問題描述
船舶工程的挑戰之一是，預測在旋轉螺旋槳產生推力的作用下，船體穿水移動的速度。本案例演示模擬船舶在螺旋槳產生推力的作用下穿過靜水的運動。螺旋槳布置在船尾中部，轉速為2300 rpm。由于渦流和壓力梯度的原因，這些類型模擬中的螺旋槳效力會顯著影響船身性能，因此非常重要。
展開 
STAR-CCM+ 虛擬盤模型案例：體積力螺旋槳盤
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虛擬盤模型
虛擬盤體模型基于將螺旋槳、渦輪機、轉子和風扇等表示為執行器盤體的原則。當提供有關轉子/螺旋槳行為的信息且需要它對周圍的流場產生影響時，執行器盤體就有用。流場中執行器盤體的操作以虛擬盤體上分布的源項形式進入動量方程。根據應用領域對執行器操作進行建模。對于虛擬盤體模型，當前可實現四種方法：體積力螺旋槳法，葉片單元法，1D動量法，用戶自定義法。作為虛擬盤體模型的一部分，體積力螺旋槳法對船舶螺旋槳的效應進行模擬。
體積力螺旋槳法主要對船體和螺旋槳的流場相互作用進行仿真。螺旋槳引起的流態取決于船體周圍的流態。同樣，船體流受螺旋槳的影響。體積力螺旋槳法可用作DFBI（動態流體相互作用）模擬的一部分。使用此方法具有明顯的優勢，可減小網格尺寸，從而降低執行模擬（包括螺旋槳幾何）的計算成本。如果不需要螺旋槳周圍的詳細流場、但需要正確推進指定，此方法十分有用。
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問題描述
船舶工程的挑戰之一是，預測在旋轉螺旋槳產生推力的作用下，船體穿水移動的速度。本案例演示模擬船舶在螺旋槳產生推力的作用下穿過靜水的運動。螺旋槳布置在船尾中部，轉速為2300 rpm。由于渦流和壓力梯度的原因，這些類型模擬中的螺旋槳效力會顯著影響船身性能，因此非常重要。
展開 STAR-CCM+案例：開放水域中的船用螺旋槳
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問題描述
本教程介紹如何模擬船用螺旋槳在開放水域中的工作過程。螺旋槳置于一個如下所示的虛擬水池中。螺旋槳是一個可變螺距螺旋槳，在前緣和尾緣處的槳轂和螺旋槳葉片之間有一個 0.3 mm 的間隙，在模擬中保持此間隙。使用 MRF 對螺旋槳的旋轉建模。本仿真中螺旋槳直徑為0.25m。螺旋槳轉速為15 rps。
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STAR-CCM+設置
（1）在使用MRF 對螺旋槳的運動建模。起始模擬文件包含兩個區域，一個用于旋轉的螺旋槳，另一個用于靜態流體域。使用拉伸網格模型來擴展靜態區域。
（2）將為旋轉區域及其周圍使用切割體網格生成器網格模型。使用拉伸網格網格生成器網格化軸周圍的靜態區域，因為這樣可以最大程度地降低計算成本。本案例采用的網格化策略采用基于零部件的網格化（PBM）方法。這種網格化策略在幾何零部件上執行網格操作生成流程；因此，用戶可對輸入零部件進行修改，并通過生成流程將變化傳輸到體網格。拉伸網格也是生成流程操作的一部分。右鍵單擊Geometry> Operations節點，選擇New> Mesh > Automated Mesh，在生成的對話框中，選擇網格重構，切割體網格單元，棱柱層網格。
（3）右鍵點擊Operations >Automated Mesh > Custom Controls，選擇New > Surface，Curve Control.對螺旋槳葉片進行細網格細化。
展開 [案例分析]STARCCM+入門系列之——體積力螺旋槳法
1、虛擬盤模型
虛擬盤體模型基于將螺旋槳、渦輪機、轉子和風扇等表示為執行器盤體的原則。當提供有關轉子/螺旋槳行為的信息且需要它對周圍的流場產生影響時，執行器盤體就有用。流場中執行器盤體的操作以虛擬盤體上分布的源項形式進入動量方程。根據應用領域對執行器操作進行建模。對于虛擬盤體模型，當前可實現四種方法：體積力螺旋槳法，葉片單元法，1D動量法，用戶自定義法。作為虛擬盤體模型的一部分，體積力螺旋槳法對船舶螺旋槳的效應進行模擬。
體積力螺旋槳法主要對船體和螺旋槳的流場相互作用進行仿真。螺旋槳引起的流態取決于船體周圍的流態。同樣，船體流受螺旋槳的影響。體積力螺旋槳法可用作DFBI（動態流體相互作用）模擬的一部分。使用此方法具有明顯的優勢，可減小網格尺寸，從而降低執行模擬（包括螺旋槳幾何）的計算成本。如果不需要螺旋槳周圍的詳細流場、但需要正確推進指定，此方法十分有用。
2、問題描述
船舶工程的挑戰之一是，預測在旋轉螺旋槳產生推力的作用下，船體穿水移動的速度。本案例演示模擬船舶在螺旋槳產生推力的作用下穿過靜水的運動。螺旋槳布置在船尾中部，轉速為2300 rpm。由于渦流和壓力梯度的原因，這些類型模擬中的螺旋槳效力會顯著影響船身性能，因此非常重要。模型如下：
3、軟件設置
（1）選擇物理模型；使用 K-Epsilon 湍流模型和分離流求解器來求解瞬態雷諾平均納維－斯托克斯方程。在激活流體域體積(VOF) 模型后，選擇VOF波，來設置水面初始波的數據。物理模型的選擇如下：
（2）定義動態流體固體相互作用(DFBI)；動態流體固體相互作用 (DFBI) 模型根據作用力來模擬船運動。對于此模擬，允許船以兩個自由度移動，以便考慮升沉和縱傾。
展開 基于模板技術構建船舶螺旋槳設計平臺
模板是提取設計過程中可重復的設計、建模、分析操作過程并進行封裝，從而形成的模塊化組件。運用模板技術構建統一關聯模型，集螺旋槳理論設計、螺旋槳快速建模、螺旋槳水動力性能分析及螺旋槳結構強度分析于一體，形成基于流程和知識驅動的螺旋槳集成設計與分析一體化應用平臺。
0 引言
隨著三維設計技術及其工具軟件的發展，螺旋槳三維幾何模型已建立起來，并通過相應的分析軟件對其進行了仿真評估。但螺旋槳三維設計CAD系統與仿真分析CAE軟件之間的數據轉換和信息集成問題還未得到有效解決，導致三維模型無法直接用于螺旋槳的工程分析。另外，螺旋槳設計的經驗和知識都掌握在少數人手中，很難重復利用，易對企業造成很高的知識風險。螺旋槳設計工具相互孤立，不成體系，異常復雜的數據流主要依賴人工勞動，設計并行度低，管理難度大，嚴重影響了設計質量和效率，使得設計過程很難實現關聯設計和優化設計。因此，螺旋槳設計平臺的建立勢在必行。
國際上的研究機構基于以前發展的各種方法建立了有效的螺旋槳設計系統。20世紀90年代，美國泰勒水池就開展了螺旋槳優化設計集成系統的研究。HydroComp.IN公司的HYDROCOMP系列軟件包括NavCAD，ProExpert和ProCAD三個模塊，分別用于解決船舶推進系統分析、螺旋槳設計和計算機輔助螺旋槳生產等領域的實際問題。美國AMI公司的VSAERO和USAERO軟件提供螺旋槳水動力分析，MARINTEK的AKPD/AKPA系統和MARIN的EXCALIBUR和PROCAL系統都是設計和分析螺旋槳的集成系統。
展開 [案例分析]STARCCM+入門系列之——開放水域中的船用螺旋槳
1、問題描述
本教程介紹如何模擬船用螺旋槳在開放水域中的工作過程。螺旋槳置于一個如下所示的虛擬水池中。螺旋槳是一個可變螺距螺旋槳，在前緣和尾緣處的槳轂和螺旋槳葉片之間有一個 0.3 mm 的間隙，在模擬中保持此間隙。使用 MRF 對螺旋槳的旋轉建模。本仿真中螺旋槳直徑為0.25m。螺旋槳轉速為15 rps。
2、STAR-CCM+設置
（1）在使用MRF 對螺旋槳的運動建模。起始模擬文件包含兩個區域，一個用于旋轉的螺旋槳，另一個用于靜態流體域。使用拉伸網格模型來擴展靜態區域。
（2）將為旋轉區域及其周圍使用切割體網格生成器網格模型。使用拉伸網格網格生成器網格化軸周圍的靜態區域，因為這樣可以最大程度地降低計算成本。本案例采用的網格化策略采用基于零部件的網格化（PBM）方法。這種網格化策略在幾何零部件上執行網格操作生成流程；因此，用戶可對輸入零部件進行修改，并通過生成流程將變化傳輸到體網格。拉伸網格也是生成流程操作的一部分。右鍵單擊Geometry > Operations節點，選擇New > Mesh > Automated Mesh，在生成的對話框中，選擇網格重構，切割體網格單元，棱柱層網格。
（3）右鍵點擊Operations > Automated Mesh > Custom Controls，選擇New > Surface，Curve Control.對螺旋槳葉片進行細網格細化。最終網格設置如下：
（4）右鍵單擊Geometry > Operations 節點，選擇 New > Surface Preparation
> Surface Extruder.。利用此功能對進出口流體域進行拉伸，進出口拉伸距離分別為1m和3m。最終體網格如下圖：
（5）在新創建區域的邊界上對入口、出口、壁面和對稱邊界條件進行定義。
展開 螺旋槳建模
在samcef環境下，首先分別對葉片及輪轂進行幾何建模，并單獨進行屬性定義及網格劃分，然后分別將他們的sfield文件導入到新項目中進行裝配。
操作視頻：http://pan.baidu.com/s/1o6DTjn0
操作文檔及練習文件：http://pan.baidu.com/s/1eQzqT3O
Samcef field實例：螺旋槳建模
本例子介紹了螺旋槳的葉片及輪轂建模裝配方法，并進行了模態分析。
首先分別對葉片及輪轂進行幾何建模，并單獨進行屬性定義及網格劃分，然后分別將他們的sfield文件導入到新項目中進行裝配。
操作視頻：http://pan.baidu.com/s/1o6DTjn0
http://v.youku.com/v_show/id_XOTI3MDI0NTUy.html
操作文檔及練習文件：http://pan.baidu.com/s/1eQzqT3O
展開 
CAESES船用螺旋槳參數化建模淺析
2）螺旋槳逆向的定制化開發
由于不同用戶各自槳型不同，產品開發的側重點也不禁相同，所以沒有一個很好的通用逆向工具可以實現所有用戶的需要，用戶可以根據本身槳型做針對性的逆向工具開發，這些應用已經在部分用戶上取得了不錯的效果。
八、總結
以上就是對螺旋槳CAESES參數化的一個簡單總結與劃分，用戶可以選擇對應合適的方式進行螺旋槳的參數化，希望可以對各位有所啟發。
平穩航行：使用CONVERGE分析船用螺旋槳
船舶性能的核心因素之一就是螺旋槳。
CONVERGE作為一款優秀CFD分析工具在船用發動機分析領域已經為人熟知，事實上，它在分析和優化螺旋槳設計上也具備很多優勢。通過完全自主的網格劃分，即便是最復雜的螺旋槳幾何形狀，CONVERGE也可以快速生成高質量的計算網格。同時，CONVERGE可以在每個時間步內對局部空間的網格實現重構，達到無縫適應螺旋槳運動的網格效果。此外，CONVERGE包括了穩健的多相流、流固交互（FSI）和空化模型，這些都是三維評估和分析螺旋槳性能所必需的工具。
如何使用CONVERGE應用于螺旋槳分析呢？我們首先在波茨坦螺旋槳測試案例（Potsdam Propeller Test Case, PPTC）上驗證CONVERGE穩態和瞬態建模能力，其中螺旋槳是完全浸沒的。然后，我們會將CONVERGE應用于物理上更復雜的半浸式螺旋槳模擬。
展開 螺旋槳有什么作用？將偵察機的螺旋槳放在尾部，它的利弊是什么？
早期的飛機沒有合適的發動機，就只有靠高速旋轉的螺旋槳帶來動力，到了現在，渦輪發動機技術也更為成熟，大型運輸客機都是通過渦輪發動機提供動力，那為什么一些偵察機還沒有替換掉螺旋槳呢？
螺旋槳飛機
二戰時期飛機成為了最主要的戰斗武器，在戰爭發生前后都會派出飛機進行全面的搜索，發現敵人的時候，進行遠程機q掃射或投擲彈藥。那時候幾乎所有的飛機都是采用的螺旋槳提供動力，螺旋槳推動了飛機飛向天空。
二戰時候的戰斗機
螺旋槳旋轉的速度越快，那么飛行的速度也就越快，旋轉的動力變成能夠使飛機飛行的動力。在當時，想要在空中成功飛行的飛機要具備以下幾點：飛機的自重和尺寸不大、飛行速度也比較慢、飛行高度也比較低等，只有螺旋槳飛機符合全部的要求。在現代螺旋槳飛機仍然有著重要的作用。不管飛機的發動機如何改進，螺旋槳飛機都占有一席之地，現在用作飛行員訓練的初教機都是統一使用的螺旋槳飛機。
塞斯納飛機
早期飛機上的螺旋槳的槳葉角都是固定的，稱作定距螺旋槳，不過在飛行的時候很容易受到氣流的影響；而現在槳葉角的位置是可以進行調節的，也就是變距螺旋槳。但是，想要打造變距螺旋槳十分復雜，還需要花費大量成本，目前只用在一些功率大的飛機上。
螺旋槳的結構作用
飛機上的螺旋槳是由槳葉和槳轂兩個部分組成。槳葉在高速旋轉下會產生動力，需要多片槳葉和槳轂才可以組成一個完整的螺旋槳。槳葉即葉、葉尖、前緣和后緣組成。早期飛機上的螺旋槳只有少數的槳葉，而現代經過不停地改進，出現了多種槳葉的螺旋槳。
各種螺旋槳
飛機想要順利地向前飛行，就必須要有外力進行推動，而且外力還必須要大于飛機向前的阻力，同時在空中飛機移動的角度不同，就會飛向不同的方向。
展開 大型船舶螺旋槳生產技術再突破！螺旋槳關鍵工序數控加工
大型船舶的螺旋槳生產技術目前只有少數國家掌握，在相當長的時間里，是阻礙中國大型船舶發展的一個“攔路虎”。
大型船用螺旋槳一般包括輪轂、槳葉、葉根、隨邊、葉稍和導邊，超大型螺旋槳的制造涉及到鑄造技術（防止空泡產生）、機械加工技術等多項難點，特別是形狀復雜、精度要求較高的螺旋槳，要用到高端的多軸聯動機床設備。中船瓦錫蘭螺旋槳公司掌握了大型螺旋槳的制造技術并獲得突破。
今天介紹螺旋槳關鍵工序數控加工。
央視曾經報道過遼寧號航母更換螺旋槳的資料，這表明我國在大型船舶螺旋槳精密焊接、制造、安裝等一體化的系統制造技術，已經完全獲得突破。
視頻資料，建議WiFi觀看
大型船舶螺旋槳生產制造視頻
遼寧號航母的螺旋槳直徑至少在4.5米，總重也在400噸左右。這是一個考驗大國工業巨型構件技術水準的領域，從某種程度上講，我國在大型船舶建造技術領域已經獲得了質的飛躍。
中國的大型螺旋槳突破，是從鎮江中船瓦錫蘭螺旋槳公司開始的。這家公司是由中國船舶工業集團公司和芬蘭瓦西蘭集團公司共同投資組建的中外合資企業，而且是中國同行業中規模最大之一。其研發的新型七軸五聯動數控機床為國產航母螺旋槳的制造打下基礎。這家企業花了長達三年多的時間，進行技術攻關。最終，中船瓦錫蘭螺旋槳公司掌握了大型螺旋槳的制造技術。
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