文档介绍：第 6 卷第 1 期船舶力学 Vol. 6 No. 1
2002 年 2 月 Journal of Ship Mechanics Feb. 2002
文章编号:1007 - 7294(2002) 01 - 0011 - 07
空泡螺旋桨升力面理论设计方法
王国强, 杨晨俊
(上海交通大学,上海 200030)
摘要: 本文提供了一个局部空泡和超空泡同时存在的空泡螺旋桨或超空泡螺旋桨的升力面理论设计方法。在设
计的第一阶段, 基于由二元超空泡翼型的线性涡分布面元法获得的二元超空泡翼型性能, 应用娄勃氏诱导因子
方法升力线理论初步确定空泡螺旋桨的几何形状,如:桨叶轮廓、剖面形状、径向负荷分布和螺距分布等。然后,
用局部空泡和超空泡螺旋桨的升力面性能预报方法计算设计桨的空泡几何形状和性能, 并对设计桨进行修改,
最后得到考虑了三因次影响后满足设计要求的空泡螺旋桨。
关键词: 面元法; 升力面理论; 螺旋桨; 空泡; 空泡螺旋桨
中图分类号: U661. 313 文献标识码: A
1 概述
对于高速船, 利用超空泡螺旋桨作为推进方式是一种明智的选择, 因为超空泡螺旋桨可以成功地
满足高效率和高推力的要求而又避免空泡剥蚀。瑞典 SSPA 于 1979 年发表了一个超空泡螺旋桨系列,
且以图谱形式可供设计者应用[1 ]。早在 1962 年,美国的 Venning ,E. 就已提出了一个结合二因次超空泡
翼型和升力线理论的超空泡螺旋桨的理论设计方法[2 ]。日本 SRI 的 Ukon 对于超空泡螺旋桨的设计方
法进行了系列研究, 发表了不少文章[3 , 4 ]。本文首先开发了一个求解二元超空泡翼型的性能的线性涡
分布的面元法。基于面元法计算的二元超空泡水翼空泡几何形状, 流体动力性能, 采用升力线理论设
计方法加升力面修正设计局部空泡和超空泡同时存在的空泡螺旋桨。从而初步确定桨叶轮廓、剖面形
状、径向负荷分布和螺距分布。然后, 利用局部空泡和超空泡螺旋桨的升力面性能预报方法计算设计
桨的空泡几何形状和性能, 并对设计桨的剖面形状和螺距分布进行修改, 得到考虑了三因次影响后满
足设计要求的空泡螺旋桨。
2 线性涡元法求解二元超空泡翼型的性能
在水翼的湿表面布置密度为线性分布的涡, 而在上、下空泡表面布置强度相等但符号相反的等密
度涡,在水翼前缘布置奇异涡。利用空泡表面和湿表面的动力学条件和运动学条件则可求得涡分布强
度及空泡形状,最后求得超空泡水翼的水动力性能。
图 1 所示为一超空泡水翼。水翼下湿表面由三部分所组成: 为考虑翼端涡分布的奇性影响, 在导
边和随边各取一微段 sle2 和 ste , 在其上分别划分 nf12、nf3 个线元段, 并在其上布置奇异涡; 其余绝大
部分的水翼下湿表面分成 nf2 段线元,每段线元上布置连续分布的线性涡。水翼上表面由二部分组成:
前缘导边处取一微段 sle1 , 取 nf11 线元段布置奇异涡, 以考虑翼端涡分布的奇性影响; 水翼上表面绝
大部分全为空泡所覆盖,因此,空泡从翼上表面 sle1 的末端和下表面随边,即 ste 的末端开始。空泡表
面布置强度相等等密度涡, 但上、下表面涡密度异号, 空泡上表面以 nc2 段线元表示, 下