[发明专利]一种延迟空化初生的低噪声7叶螺旋桨水力模型及设计方法

摘要

本发明公开了一种延迟空化初生的低噪声7叶螺旋桨水力模型及其设计方法，包括7片完全相同的丰满型大侧斜叶片、右旋、侧斜度68.5％、外形逼近于636型潜艇7叶桨。沉深30米时全航速范围内无空化产生，轴向非定常力幅值与平均推力的比值0.94‰，具有振动小和低频离散线谱噪声低的特征。首先设计7叶桨水力模型，叶截面弦长沿径向分布近似呈物体自由落体运动轨迹、侧斜角沿径向呈线性增加、艏纵倾沿径向也近似呈线性增加，叶梢几何具有尾纵倾Kappel桨设计特征，然后校核推进性能和空化性能，求取轴向非定常力，确定7叶桨三维几何。本发明能实现临界航速高、振动噪声低的7叶桨水力模型设计的目标设计方法可以促进7叶桨的自主研制和推广应用。

主权项

1.一种延迟空化初生的低噪声7叶螺旋桨水力模型设计方法，其特征在于，包括：步骤一，回归分析水面舰艇螺旋桨和已有7叶桨的型值几何参数沿径向分布规律，获取几何参数的变化范围及其与叶形之间的适应性；步骤二，依据预设型号潜艇7叶桨叶型，根据所述步骤一所得的几何参数变化范围，拟合获取7叶桨的叶片在不同半径处的叶截面弦长、侧斜角和纵倾沿径向分布曲线，结合桨叶直径和轮毂直径，得出7叶桨三维几何，提取叶片几何型值；步骤三，采用涡格升力线方法预报步骤二所得7叶桨的敞水性能曲线，判断所述7叶桨在设计工况下的敞水效率是否低于预设门限值，若是，则回到步骤二修改桨叶直径，若否，则直接绘制桨叶三维几何模型；步骤四，采用计算流体力学方法校核设计航速和额定转速下步骤三所得7叶桨几何模型在非均匀进流条件下的水动力性能，从所述水动力性能结果中提取推力系数、力矩系数和推进效率，判断所述推进性能是否低于预设推进效率限值，若是，则回到步骤二修改不同半径处的叶截面弦长沿径向分布曲线，若否，则进入步骤五；步骤五，采用计算流体力学方法计算步骤四所得模型在潜深30米、给定设计航速、转速和非均匀进流条件下的空化性能，判断7叶桨叶片是处于无空化、空化初生，还是空化状态，若处于无空化状态或空化初生状态，则进入步骤六；若处于存在片空化的空化状态，则回到步骤二小量增加桨叶直径，并调整不同半径处的叶截面弦长沿径向分布曲线，改进设计7叶桨；步骤六)，在步骤五所得7叶桨水力模型的基础上，加入桨叶叶梢尾纵倾Kappel桨设计特征，延迟梢涡空化初生；再次采用计算流体力学方法校核7叶桨在潜深30米、给定设计航速、转速和非均匀进流条件下的空化性能，判断叶片空化初生是否消失，若是，则直接进入步骤七；若否，则增加Kappel桨设计特征作用的径向范围；步骤七，采用瞬态计算步骤六所得7叶桨水力模型在潜深30米、给定设计航速、转速和非均匀进流条件下的轴向非定常力，判断轴向非定常力幅值与轴向平均推力的比值是否满足小于1‰，若是，则由理论公式计算得到离散线谱噪声，进入步骤八；若否，则回到步骤二修改不同半径处的叶截面侧斜角沿径向分布曲线，优化改进设计7叶桨；步骤八，确定延迟空化初生的低噪声7叶螺旋桨水力模型。