【摘 要】
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针对船用螺旋桨运行阻力较大、空泡现象严重而导致的推进效率低以及运行噪音大等问题,本文以船用螺旋桨为研究对象,以仿生降噪表面的研究为切入点,系统研究了不同类型鲨鱼皮表面的生物特征参数,并通过数值模拟方法来研究了不同类型的鲨鱼皮表面形态特征参数的动态减阻、降噪机理,并形成了具有鲨鱼皮降噪特征的螺旋桨仿生表面,根据螺旋桨仿生表面的服役环境,对其噪音性能等进行了分析,为提高船用螺旋桨降噪水平提供理论和技术
【基金项目】
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中央高校基本科研业务费专项资金项目:军用螺旋桨鲨鱼皮降噪表面及其仿生机制(资助项目编号:2018CDQYCD0038);
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针对船用螺旋桨运行阻力较大、空泡现象严重而导致的推进效率低以及运行噪音大等问题,本文以船用螺旋桨为研究对象,以仿生降噪表面的研究为切入点,系统研究了不同类型鲨鱼皮表面的生物特征参数,并通过数值模拟方法来研究了不同类型的鲨鱼皮表面形态特征参数的动态减阻、降噪机理,并形成了具有鲨鱼皮降噪特征的螺旋桨仿生表面,根据螺旋桨仿生表面的服役环境,对其噪音性能等进行了分析,为提高船用螺旋桨降噪水平提供理论和技术支撑。主要研究内容如下:(1)船用螺旋桨流体噪声性能仿真研究。利用数值模拟方法对普通船用螺旋桨进行了规定运行状态下的流场分析,得到了流场中的压力及速度分布;进行了船用螺旋桨空化性能的分析,得到了规定运行状态下的船用螺旋桨空泡状态;根据前两步的计算结果进行了船用螺旋桨运行噪音的分析计算,确定了普通船用螺旋桨在规定状态下的运行噪音,为之后具有仿生表面螺旋桨噪音性能的研究提供了比较对象。(2)生物结构表面降噪机理及其仿生分析。提取了在水下具有减阻降噪特性的生物体表微结构特征,建立了生物体表特征模型,并对该特征进行了流体动力学分析,得到了具有沟槽结构的生物表面减阻降噪机理;根据上述的分析建立了可被加工的仿生沟槽表面,并比较分析了生物特征表面与仿生沟槽特征表面的减阻降噪性能差异,确定了性能接近生物表面的锯齿状仿生沟槽结构的参数,为后续具有仿生表面的船用螺旋桨的建立打好了基础。(3)船用螺旋桨仿生表面降噪性能研究。将建立的仿生特征应用于船用螺旋桨桨叶表面,创建具有仿生沟槽表面的船用螺旋桨模型;利用数值模拟方法对仿生船用螺旋桨进行流场分析、空泡性能分析和运行噪音分析,并与普通船用螺旋桨的分析结果进行对比分析,得到了具有仿生沟槽表面的船用螺旋桨比普通船用螺旋桨在较高速运行状态下有更好的噪音性能的结果。(4)螺旋桨仿生降噪表面砂带磨削方法研究。首先,利用砂带磨削方法实验验证了在镍铝青铜合金板材表面进行了仿生沟槽的可行性;提出了一种可在船用螺旋桨表面加工仿生沟槽特征的砂带磨削方法;利用该方法对某型船用螺旋桨进行了船用螺旋桨仿生沟槽表面的砂带磨削实验,验证了该砂带磨削方法在船用螺旋桨表面磨削出单元化仿生沟槽表面的可行性。
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