基于粘流和势流耦合方式的实效伴流场求解方法研究

Ship wake plays a very important role on the efficiency, cavitation, noise and exciting force of propeller. By now, effective wake was calculated by self-propulsion test and propeller open-water test, or by empirical formula. Because model test has scale effect, which contributes a great conversion error and cost a lot of manual labor, time, financial and material capabilities, and empirical estimation methods only can be applied in a narrow field and its results has a large deviations. So it is very important and significant to build a method based on viscous theory and potential flow theory to predict effective wake. The method based on viscous theory and potential flow theory and the measure how to convert nominal wake to effective wake were built in this project that can provide a reasonable and accurate distribution of effective wake to the design of wake-adapted propeller and the model test of cavitation and noise; on the same time, it can provide technical support for the further research of ship wake.

船舶伴流场对螺旋桨的效率、空泡、噪音及激振力起着十分重要的作用。目前对于螺旋桨实效伴流主要通过螺旋桨自航试验和敞水模型试验结果计算而来，也有通过经验公式估算求取。由于模型试验存在着尺度效应、结果换算误差大，以及需要大量的人力、财力、物力及时间，而经验估算方法存在适用范围窄、估算结果偏差较大的问题，因而，建立一套基于粘流理论结合势流理论的实效伴流准确预报方法将是非常必要、且有实际应用意义的。 本项目建立的基于粘流与势流理论耦合方法求取实效伴流场研究方法以及标称伴流场向实效伴流场转换方法将为螺旋桨的适伴流设计以及空泡、噪声等性能的模型试验提供一套比较合理且准确的实效伴流分布；同时，为船舶伴流场研究工作的进一步开展提供技术支撑。

船舶伴流场对螺旋桨的效率、空泡、噪音及激振力起着十分重要的作用。目前对于螺旋桨实效伴流主要通过螺旋桨自航试验和敞水模型试验结果计算而来，也有通过经验公式估算求取。由于模型试验存在着尺度效应、结果换算误差大，以及需要大量的人力、财力、物力及时间，而经验估算方法存在适用范围窄、估算结果偏差较大的问题，因而，建立一套基于粘流理论结合势流理论的实效伴流准确预报方法将是非常必要、且有实际应用意义的。.经过三年的研究，本项目建立了船后流场的精确求解方法，和实验结果相比流场分布非常一致。基于粘流和势流理论相结合构建了实效伴流场的迭代求解方法，经获取的实效伴流场、标称伴流场和表观伴流场的螺旋桨性能计算结果与船舶自航试验结果的比对，实效伴流场条件下计算结果和实验值最接近，推力系数和转矩系数误差均在3%以内，较好地阐述了开展本项目研究的实际价值。结合螺旋桨升力线/升力面设计方法结合实效伴流场求解方法建立了船后螺旋桨适伴流设计理论，可以依据追求目标开展不同类型螺旋桨的设计，具有较好的实际工程应用价值。总体来说，本项目的研究成果可以为船后螺旋桨的水动力、空泡、噪声以及激振力的理论计算及模型试验提供准确的输入，也可为各种船舶的高效、低噪声等类型螺旋桨设计提供坚实的技术支撑。