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質(zhì)量流量模擬的準確性不僅影響著導管推力，還影響著回轉(zhuǎn)體尾部壓力場（回轉(zhuǎn)體阻力）。采用改進體積力法準確預報艇體?導管螺旋槳的耦合水動力可為模擬水下航行器的操縱性動態(tài)打下基礎。另外，由圖12（b）～圖12（d）可見，隨著來流速度逐漸增大，基于Goldstein分布方法的導管推力TD、回轉(zhuǎn)體阻力fm和質(zhì)量流量Q與實體螺旋槳模型間的誤差逐漸減小。

本文以4發(fā)渦輪螺旋槳飛機為例，滑流對襟翼載荷的影響可假定為使其收縮截面覆蓋的襟翼部分的速壓從原始的Q增至Q'，則單側(cè)（兩發(fā)）襟翼載荷的滑流修正系數(shù)可得：代入式（6），式（10）可轉(zhuǎn)化為：將式(11)得到的滑流修正系數(shù)KS乘以襟翼無動力情況下載荷即可得到考慮滑流影響的襟翼載荷，將滑流覆蓋襟翼部分（收縮截面直徑D'）內(nèi)的襟翼壓力分布乘以速壓變化比即可得到考慮滑流的襟翼壓力分布

，在計算螺旋槳進速系數(shù)時以校正進速系數(shù)替代常規(guī)進速系數(shù)J*。

圖4 氣相體積比率分布云圖 由圖4可知, 螺旋槳周圍的空化氣泡主要集中在葉梢和尾流區(qū)域, 其中氣相體積比率如式(7)所示。通過對葉梢部位的壓力系數(shù)分布云圖(如圖5所示)分析可知, 該區(qū)域存在明顯的低壓區(qū), 這是由于螺旋槳的轉(zhuǎn)速最大時, 葉梢區(qū)域的壓力能轉(zhuǎn)換成動能, 此時負載最大, 壓強隨之降低。

通過定義場函數(shù)來定義出螺旋槳進口的進速系數(shù)。（6）創(chuàng)建性能報告。螺旋槳性能數(shù)據(jù)包括前進系數(shù)、推力系數(shù)、扭矩系數(shù)和敞水效率。利用自定義場函數(shù)定義出四個變量，進行仿真，最終四個數(shù)據(jù)與實驗結(jié)果的對比如下： 螺旋槳仿真性能與實驗性能的對比螺旋槳壓力分布 ? end ? 文章來源有限猿仿真

通過定義場函數(shù)來定義出螺旋槳進口的進速系數(shù)。（6）創(chuàng)建性能報告。螺旋槳性能數(shù)據(jù)包括前進系數(shù)、推力系數(shù)、扭矩系數(shù)和敞水效率。利用自定義場函數(shù)定義出四個變量，進行仿真，最終四個數(shù)據(jù)與實驗結(jié)果的對比如下： 螺旋槳仿真性能與實驗性能的對比螺旋槳壓力分布 ? end ? 文章來源：有限猿仿真

圖2 分布式電推進飛行器高性能螺旋槳混合設計流程框架之后，如下圖所示，以某最小誘導損失螺旋槳作為基準，通過等拉力約束條件下的螺旋槳氣動載荷分布優(yōu)化，獲得益于下游機翼升阻特性的氣動載荷分布結(jié)果，然后以此為目標，反設計得到不同幾何尺寸約束下的新型高性能螺旋槳。

本案例演示模擬船舶在螺旋槳產(chǎn)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(zhuǎn)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。

圖3 螺旋槳性能特征 （2）尾流演化 考慮了x=0.17R、x=0.58R和x=R三種情況下螺旋槳尾流的平均速度和脈動速度沿著三個截面的分布，對螺旋槳尾流的演化進行了分析。

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(qū)域之間的交界面設定為Interface邊界，如下圖2示。初始壓力被設定為表壓。

因此，我們著眼于作用在翼壁上的壓力波動，并使用LES預測了由湍流引起的壓力波動。5．實驗方法5.1噪聲和聲壓實驗 圖4是實驗裝置的概要圖。實驗中使用的動力源是Cy-Captain公司生產(chǎn)的無刷電機CR23，螺旋槳為雙葉片，使用3D打印機和PLA樹脂制作。螺旋槳的直徑為150mm，中心半徑為7mm。

本案例演示模擬船舶在螺旋槳產(chǎn)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(zhuǎn)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。

實驗測試結(jié)果來自于開放水域，在拖曳水池中螺旋槳恒定轉(zhuǎn)速為15轉(zhuǎn)每秒。通過改變?nèi)肓魉俣葋頊y試不同的推進系數(shù)（J），并測量每次運行時葉片的推力和扭矩。根據(jù)這些測量結(jié)果，確定開放水域特性，如推力系數(shù)（KT）、扭矩系數(shù)（KQ）和開放水域效率（η0）。

▲ 網(wǎng)格剖面示意圖 初始網(wǎng)格計算結(jié)果 以進速系數(shù) J = 0.71，空化數(shù) σ = 1.763工況為例，采用上述網(wǎng)格進行螺旋槳空泡流數(shù)值模擬，計算得到的螺旋槳梢渦和空泡形態(tài)分別如下圖所示。

于是流體單元空間內(nèi)的密度和粘性系數(shù)可分別由下面兩式表示： 通過求解上述含兩相流特征的N-S 方程，其數(shù)值計算網(wǎng)格生成如圖10所示，計算可以得到無人航行器的升力系數(shù)、阻力系統(tǒng)和三個空氣螺旋槳對重心的縱向與橫向力矩系數(shù)，以及升降舵和方向舵的力矩系數(shù)。

對雙槳雙舵64箱內(nèi)河集裝箱船一舷的槳舵系統(tǒng)開展CFD仿真，得到的槳舵系統(tǒng)附近流場的壓力及流線分布如下圖所示。 壓力及流線分布 而后，比較了三種舵力模型，即Fujii模型、Liu2017中提出的模型和本文提出的模型。通過與±35°回轉(zhuǎn)實驗與±20°/±20°Z形實驗數(shù)據(jù)的比較，可以看出，本文提出的舵力模型能較好地描述操縱運動過程中時歷參數(shù)的變化。

如果大家仔細觀察，會看到飛機的螺旋槳結(jié)構(gòu)很特殊，如圖所示，單支槳葉為細長而又帶有扭角的翼形葉片，槳葉的扭角（槳葉角）相當于飛機機翼的迎角，但槳葉角為槳尖與旋轉(zhuǎn)平面呈平行逐步向槳根變化的扭角。

螺旋槳壁面的靜壓力以及附近的速度矢量如下，可以看到介質(zhì)旋轉(zhuǎn)并向-Z方向運動，根據(jù)前面設定的轉(zhuǎn)動方向，葉片在迎面上的壓力大于背面的壓力，這樣根據(jù)葉片的形狀，會產(chǎn)生+Z方向的推力，這也符合動量守恒定律。 我們讀取一下螺旋槳的推力值，總推力為7007N，壓力的貢獻是正值（如前文分析），粘力的貢獻為負，介質(zhì)向后流動必然產(chǎn)生向后的粘性力。

對雙槳雙舵64箱內(nèi)河集裝箱船一舷的槳舵系統(tǒng)開展CFD仿真，得到的槳舵系統(tǒng)附近流場的壓力及流線分布如下圖所示。 壓力及流線分布 而后，比較了三種舵力模型，即Fujii模型、Liu2017中提出的模型和本文提出的模型。通過與±35°回轉(zhuǎn)實驗與±20°/±20°Z形實驗數(shù)據(jù)的比較，可以看出，本文提出的舵力模型能較好地描述操縱運動過程中時歷參數(shù)的變化。

下面以KP505槳模為案例，對螺旋槳模擬的主要步驟進行介紹。