兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (8): 240623-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0623
收稿日期:
2025-07-24
上线日期:
2025-08-28
通讯作者:
Received:
2025-07-24
Online:
2025-08-28
摘要:
空化现象是螺旋桨研究关注的重点,而关于环形螺旋桨的空化机理与特性分析尚有不足。通过构建环形螺旋桨三维数值模型,探索其空泡分布与空化机理,基于多重参考系法、应用Schnerr-Sauer空化模型对环形螺旋桨开展空化数值仿真,分析不同转速及进速系数下环形螺旋桨的空化特性。对气相体积分数云图的处理结果表明:环形螺旋桨的前后缘空化规律差异巨大,其过渡段吸力面是最容易发生空化的区域;前缘压力面的空化总先于后缘压力面,前后缘吸力面几乎同时发生空化。研究结果可支撑环形螺旋桨噪声性能与水动力性能进一步工作,为我国水下重点型号装备与下一代水面高速航行器研究提供一定的技术支持。
中图分类号:
向粤, 王文杰. 环形螺旋桨的空化机理与性能分析[J]. 兵工学报, 2025, 46(8): 240623-.
XIANG Yue, WANG Wenjie. Cavitation Mechanism and Performance Analysis of Toroidal Propeller[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(8): 240623-.
参数 | 环形螺旋桨 | PPTC桨 |
---|---|---|
直径D/mm | 381 | 381 |
毂径比 | 0.34 | 0.3 |
轴距L/mm | 60 | |
桨叶数/对 | 3 | 5 |
表1 计算模型主要参数
Table 1 The main parameters of computational model
参数 | 环形螺旋桨 | PPTC桨 |
---|---|---|
直径D/mm | 381 | 381 |
毂径比 | 0.34 | 0.3 |
轴距L/mm | 60 | |
桨叶数/对 | 3 | 5 |
编号 | 网格数量 | 最小尺寸/mm | 加密区 尺寸/mm | 效率 |
---|---|---|---|---|
1 | 8427400 | 1.2 | 8 | 0.424 |
2 | 9908978 | 1.2 | 5 | 0.431 |
3 | 13853315 | 0.8 | 5 | 0.471 |
4 | 18349290 | 0.8 | 3 | 0.473 |
5 | 22250716 | 0.5 | 3 | 0.473 |
表2 环形螺旋桨网格无关性分析
Table 2 Grid-independent analysis of toroidal propeller
编号 | 网格数量 | 最小尺寸/mm | 加密区 尺寸/mm | 效率 |
---|---|---|---|---|
1 | 8427400 | 1.2 | 8 | 0.424 |
2 | 9908978 | 1.2 | 5 | 0.431 |
3 | 13853315 | 0.8 | 5 | 0.471 |
4 | 18349290 | 0.8 | 3 | 0.473 |
5 | 22250716 | 0.5 | 3 | 0.473 |
J | ETA试验值 | ETA计算值 | 误差/% |
---|---|---|---|
0.6 | 0.4300 | 0.4295 | -0.12 |
0.8 | 0.5512 | 0.5397 | -2.09 |
1.0 | 0.6520 | 0.6753 | 3.57 |
1.2 | 0.7258 | 0.7619 | 4.97 |
1.4 | 0.7487 | 0.7318 | -2.26 |
表3 PPTC螺旋桨敞水效率模拟结果
Table 3 Simulated results of open water efficiency of PPTC propeller
J | ETA试验值 | ETA计算值 | 误差/% |
---|---|---|---|
0.6 | 0.4300 | 0.4295 | -0.12 |
0.8 | 0.5512 | 0.5397 | -2.09 |
1.0 | 0.6520 | 0.6753 | 3.57 |
1.2 | 0.7258 | 0.7619 | 4.97 |
1.4 | 0.7487 | 0.7318 | -2.26 |
n/(r·min-1) | va/(m·s-1) | |
---|---|---|
J=0.3 | J=0.6 | |
1000 | 1.9050 | 3.8100 |
1500 | 2.8575 | 5.7150 |
2000 | 3.8100 | 7.6200 |
2500 | 4.7625 | 9.5250 |
3000 | 5.7150 | 11.4300 |
3500 | 6.6675 | 13.3350 |
4000 | 7.6200 | 15.2400 |
4500 | 8.5725 | 17.1450 |
表4 空化特性计算流场参数设置
Table 4 Flow field parameter settings for cavitation properties calculation
n/(r·min-1) | va/(m·s-1) | |
---|---|---|
J=0.3 | J=0.6 | |
1000 | 1.9050 | 3.8100 |
1500 | 2.8575 | 5.7150 |
2000 | 3.8100 | 7.6200 |
2500 | 4.7625 | 9.5250 |
3000 | 5.7150 | 11.4300 |
3500 | 6.6675 | 13.3350 |
4000 | 7.6200 | 15.2400 |
4500 | 8.5725 | 17.1450 |
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