直翼推进器推进机理分析及其在水下机器人中的应用

论文总字数：24851字

摘 要

推进器性能的优劣将会直接影响船舶及其他海洋装备的好用程度。直翼推进器拥有操纵性能好、推力方向可在平面范围内任意调节的优点，对研制高性能海洋装备具有重要意义。

本文采用仿真软件Fluent对直翼推进器流场进行仿真分析，选择出了合适方法对单六叶型直翼推进器进行了数值模拟，对比了相关实验报告中的结果，验证了选取的流场求解方法的可靠性。之后对单四叶直翼推进器进行了数值分析，等到了其水动力学参数，分析了进速系数和偏心率对水动力学性能的影响。偏心率与产生推力力矩大小正相关，进速系数与产生推力力矩大小负相关。并与六叶型直翼推进器数值模拟结果进行了对比，比较了二者的性能。发现相同条件下六叶型直翼推进器产生推力大，四叶型直翼推进器效率高。

最后，对双四叶直翼推进器系统进行建模和数值模拟分析，得到了双四叶直翼推进器系统的水动力学系数，研究了安装间距和摆放相位角对水动力性能的影响并与单四叶直翼推进器系统的水动力系数比较，分析了二者的性能差异，这些成果对以后实际应用直翼推进器具有一定参考价值。

关键词：直翼推进器，双直翼推进器系统，数值模拟，水动力性能

Abstract

Performance of propellar will directly affect the ease of use of ship and other Marine equipment. The cycloidal propeller has the advantages of good maneuverability and the thrust direction can be arbitrarily adjusted within the plane range, which is of great significance for the development of high-performance Marine equipment.

In this paper, an appropriate method was selected to carry out numerical simulation on the single-six-blade cycloidal propeller, and the results in relevant experimental reports were compared to verify the reliability of the selected flow field solution method. After that, the hydrodynamic parameters of the single-four-blade straight-wing propeller are analyzed numerically, and the influence of the advance coefficient and eccentricity on the hydrodynamic performance is analyzed. Eccentricity is positively correlated with the magnitude of generating thrust torque, and advance coefficient is negatively correlated with the magnitude of generating thrust torque. It is found that under the same conditions, the six-blade cycloidal propeller produces large thrust and the four-blade cycloidal propeller has high efficiency.

Finally, the double four-blade cycloidal propulsion system modeling and numerical simulation analysis, get the double four-blade cycloidal propeller hydrodynamic coefficient of the system, and studies the installation space and put the phase Angle on the hydrodynamic performance and the influence of four-blade cycloidal propeller with single blade propeller hydrodynamic coefficients of system comparison, analysis the performance of the difference, after the results of practical application of straight blade propeller has certain reference value.

KEY WORDS: Cycloidal Propeller, Twin cycloidal propeller system, numerical simulation, Hydrodynamic Performance

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景及意义 1

1.2 直翼推进器国内外研究现状 2

1.2.1理论研究现状 2

1.2.2数值模拟研究现状 2

1.2.3实验研究现状 2

1.2.4应用现状 3

1.3 目前研究存在的问题 3

1.4 本文研究内容 3

第二章 直翼推进器的运动学建模 4

2.1 引言 4

2.2 直翼推进器叶片运动规律分析 4

2.3 直翼推进器水动力参数计算 6

2.4 本章小结 8

第三章 直翼推进器流场数值方法分析 9

3.1引言 9

3.2流场求解方法 9

3.2.1 网格划分方法 9

3.2.2 流场求解方法设置 9

3.2.3 湍流模型设置 12

3.2.4 数值求解方法 12

3.3求解方法的验证 13

3.3.1几何模型参数 13

3.3.2 几何模型网格划分 13

3.3.3 边界条件与计算参数设置 15

3.3.4数值模拟的水动力学系数值与实验结果对比验证 16

3.4本章小结 16

第四章 单个直翼推进器CFD数值模拟 17

4.1引言 17

4.2单个六叶型直翼推进器CFD数值模拟 17

4.2.1单个六叶型直翼推进器流场情况分析 17

4.2.2六叶型直翼推进器数值模拟水动力学参数分析 18

4.3单个四叶型直翼推进器CFD数值模拟 20

4.3.1单个四叶型直翼推进器流场情况分析 20

4.3.2四叶与六叶直翼推进器数值模拟水动力学参数对比 21

4.3 本章小结 23

第五章 双四叶型直翼推进器复合流场分析 24

5.1 引言 24

5.2 几何模型的建立与计算域的划分 24

5.2.1 几何模型建立 24

5.2.2 计算域网格划分及边界条件设置 25

5.3 不同安装间隔的数值模拟 25

5.3.1 双直翼推进器流场图 25

5.3.2 数值结果模拟分析 27

5.4 不同相位角的数值模拟结果分析 29

5.4.1 不同相位角对主推力系数的影响 29

5.4.2 不同相位角对力矩系数的影响 31

5.4.3 不同相位角对效率的影响 33

5.4.4 不同相位角对双直翼推进器性能影响的总结 35

5.5 本章小结 36

第六章 总结与展望 37

6.1 总结 37

6.2 展望 37

参考文献 38

致 谢 40

第一章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

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