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5.2基于改進體積力法的艇?導管螺旋槳耦合水動力性能導管螺旋槳體積力模型的提出最終是為了提高搭配導管螺旋槳的航行器數值模擬的精度和效率，故本節將導管螺旋槳體積力模型與實體導管螺旋槳模型搭配回轉體后的仿真值進行了對比，以進一步研究艇后改進體積力法1和改進體積力法2的適用性。模擬時，組合體保持靜止，螺旋槳轉速恒定為1500r/min，通過改變來流速度計算不同工況下的水動力性能。

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。

2.刀具軌跡的生成 考慮到水流方向，刀具軌跡方向需要與槳葉剖面平行，也就是說螺旋槳旋轉時，槳葉的加工軌跡在正俯視的狀態下應該是由一系列同心圓構成，且應與理想槳葉刀具軌跡模型中的曲線方向一致，而沒有產品理念的加工者有可能會做出圖3所示的不合理刀具路徑。

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。

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。

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。

3、優化方案過程、方法 首先，采用三維軟件對螺旋槳進行參數化建模，將關鍵參數如槳距角、弦長等進行參數化；其次，將三維軟件和CFD仿真軟件進行交互，以參數化形式交換螺旋槳數據。數字化后的螺旋槳三維模型自動進行數值仿真，反饋結果后重新調整三維模型自動重建，輸入仿真軟件進行二次計算，如此迭代反復。

圖 6 基于改進體積力法的導管螺旋槳敞水性能曲線對比 （2）基于改進體積力法的艇?導管螺旋槳耦合水動力性能 將導管螺旋槳體積力模型與實體導管螺旋槳模型搭配回轉體后的仿真值進行了對比，以進一步研究艇后改進體積力法1和改進體積力法2的適用性。

▲大型螺旋槳對材料和制作工藝要求很高 在專用軟件和計算機技術普及之前，螺旋槳的設計主要依靠相關技術專家的推理和經驗積累，概念模型的構建也無法得到太多智能計算的協助。在計算機性能迅速升級后，數字化設計大力協助了螺旋槳的定型，甚至可以通過模擬環境來還原各種螺旋槳在相應環境中的表現。

結合CONVERGE的流體-結構交互作用（FSI）和空化模型，用戶可以對船舶推進和螺旋槳磨損進行更全面的研究。

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。

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。

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。

CAD 專家生成葉片的幾何形狀，提供用于改變螺旋槳形狀的參數模型和 CAD 解決方案； 空氣動力學專家建立空氣動力學仿真模型，該模型使用 FlightStream? 評估幾何模型對應的空氣動力學性能

多旋翼能夠建立表決系統可靠性模型，相比直升機單/雙旋翼串聯系統可靠性模型，可靠性程度大為提高。通俗來講，多旋翼能夠保證在幾個電動旋翼不工作時，飛行器仍然可以安全飛行或安全著陸。適用場景：多旋翼+螺旋槳型 eVTOL 飛行器，在垂直起降、懸停作業、慢速飛行和快速飛行等綜合性能方面有較大的優勢。適用于山區空中交通運輸、農林工業航空作業、航空應急救援等場合。

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。

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。

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)。

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。