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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。

棲云基于已有研究基礎，結合CFD仿真工具和三維建模軟件開發出一套數字化、全自動的螺旋槳設計、優化方法，極大減少了設計周期，降低了開發成本。

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。

螺旋槳的性能與徑向環量分布有關，吳家鳴等[8]的研究表明，Goldstein最佳環量分布不適用于導管螺旋槳。導管螺旋槳的水動力性模擬精度較普通螺旋槳低。Feng等[9]基于葉素理論，將采用CFD計算得到的槳盤面處當地速度場直接用于計算各半徑處葉片的推力和扭矩，獲得了與實體離散槳模型幾乎相同的流場分布情形。

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。

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。

圖 2 氣動推進（FlightStream）、氣動聲學（FlightStream）和結構（NX Nastran）分析 特別是，使用Bernstein多項式對eVTOL螺旋槳進行幾何建模，將螺旋槳的橫截面數據提供給FlightStream組件橫截面（CCS）文件格式。

▲最大型螺旋槳的用戶是巨型民用船舶 目前世界主流的大型螺旋槳拼接工藝是液壓無鍵連接，其原理是利用高壓油帶來的擴張力，將螺旋槳進行拼接，進而將槳軸和螺旋槳拼接在一起，這樣既不會對拼接處帶來損害，又能保證動力。

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。

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。

今天，我們用一個假想的推進器螺旋槳做一個計算案例。 2 建模與網格 建立如下的三維計算模型，對于該問題的計算，類似于離心泵的計算，需要建立動、靜子域。

早期飛機大多使用槳葉角固定不變的螺旋槳，它的結構簡單，但不能適應飛行速度變化。現代的螺旋槳飛機多采用槳葉角可調的變距螺旋槳，這種螺旋槳可根據飛行需要調整槳葉角，提高螺旋槳的工作效率。 由于螺旋槳在旋轉時，槳根和槳尖的圓周速度不同，為了保持槳葉各部分都處于最佳氣動力狀態，所以把槳根的槳葉角設計成最大，依次遞減，槳尖的槳葉角最小。

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。

圖3 螺旋槳基準態結構示意圖 采用Gambit前處理軟件對螺旋槳的幾何模型進行網格劃分, 模型中的流域根據螺旋槳旋轉時的特點分為兩大部分: 靠近螺旋槳的動域fluid-1和遠離槳的靜域fluid-2, 其中動域為圓柱形, 靜域為測試水箱的長方體。

文章首先對模擬螺旋槳旋轉運動的數值方法進行介紹和算例驗證，包括多重參考坐標系方法、面源法和葉素動量理論方法3種，保證螺旋槳數值模擬和數值設計的準確性和可靠性。其次，對所發展的如下圖所示高性能螺旋槳優化設計方法框架和設計步驟進行介紹和分析，設計過程主要包括螺旋槳槳葉氣動載荷分布獲取，螺旋槳槳葉氣動載荷分布優化設計，以及任意環量分布下的高性能螺旋槳槳葉快速反設計。

環形螺旋槳（toroidal propeller）（圖片來源： Glen Cooper/MIT） 螺旋槳技術的最新進展是“環形”（toroida）螺旋槳，即螺旋槳的形狀是環形的，葉片相互環繞。

01 螺旋槳模型 螺旋槳是由INSEAN設計的7葉片螺旋槳型號E1619(如圖1)。

中國螺旋槳企業在材料選擇上也進行了大膽嘗試，使用了高強度、耐磨、耐腐蝕的特種材料，使巨型螺旋槳的使用壽命和性能大幅提升。中國巨型螺旋槳在性能方面具有明顯優勢。一方面，中國巨型螺旋槳的尺寸更大，能夠適應更廣泛的使用需求。從小型風力發電機到大型船舶，中國螺旋槳企業都可以根據客戶需求定制更大尺寸的巨型螺旋槳，滿足各個行業的要求。另一方面，中國巨型螺旋槳的運行效率和節能性也大幅提升。

03 實體導管螺旋槳敞水推力驗證 對 No.19A+Ka4-70(P/D = 1) 導管螺旋槳進行數值模擬，將導管推力、螺旋槳推力等的仿真結果與試驗值進行對比以驗證計算方法的合理性。

遇有強風干擾，電動螺旋槳能夠逆風推進，提高飛行器的抗風性能。 起降狀態飛行：垂直起飛時，電動螺旋槳能夠快速強力推進飛行器，加快從懸停到前飛狀態的過渡時間，減少懸停能量消耗；降落進近時，電動螺旋槳能反向推進為飛行器剎車，避免機頭上揚影響駕駛員著陸操縱視線。