低噪声螺旋桨设计策略研究-机械工程专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 Classified Index: U664.33/O427.5 U.D.C: 629 Dissertation for the Master Degree in Engineering The Design Strategy of Low Noise Propeller Candidate： Xia Pengpeng Supervisor： Prof. Gui Hongbin Academic Degree Applied for： Master Engineering Speciality： Mechanical of Engineering Affiliation： School of Naval Architrture Ocean Engineering Date of Defence： June, 2014 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 万方数据 万方数据 摘 要 螺旋桨噪声是船舶主要噪声之一，它虽然对其水动力不会产生影响，但会 影响船员及乘客的舒适度甚至对人们的身体健康产生危害，更为重要的是，螺 旋桨噪声会影响现代舰船的隐蔽性，因此，螺旋桨噪声一直是国内外学者研究 的热点课题。 本文基于有限元及边界元方法，对螺旋桨的振动特性，水动力性能及声辐 射进行了数值计算分析，具体内容如下： 1）根据螺旋桨的型值参数，进行坐标换算，建立了螺旋桨的三维实体模型。 对建立的螺旋桨模型进行敞水性能分析，验证了螺旋桨建模方法的精确性，同 时也证明所采用的数值计算方法适用于螺旋桨的水动力性能分析，且具有较高 的计算精度。 2）研究了转动，阻尼及流固耦合作用对螺旋桨振动特性的影响。验证了计 算方法的有效性，运用有限元法，分析了转动作用以及阻尼对螺旋桨振动特性 的影响，运用耦合模态分析法，分析了流固耦合作用对螺旋桨振动特性的影响， 结果表明转动对螺旋桨振动特性的影响可以忽略，阻尼及流固耦合作用对螺旋 桨振动特性的影响不能忽略。 3）研究了不同激励位置下，螺旋桨的辐射噪声，结果表明激励作用叶根部 位时，螺旋桨辐射噪声最小，作用于叶梢部位时，辐射噪声最大。同时对非均 匀流场中螺旋桨的水动力性能进行了计算，将螺旋桨叶片所受脉动压力，作为 螺旋桨所受激励，进行响应计算，然后运用直接边界元法，计算了螺旋桨辐射 噪声。 4）通过改变螺旋桨的材料及几何参数，对螺旋桨的声辐射进行分析，并进 行对比总结，给出无空泡情况下低噪声螺旋桨的设计策略。 通过以上内容的研究，本文提出了低噪声螺旋桨设计策略，对研发高效、 低振、低噪螺旋桨具有借鉴意义。 关键词：振动；噪声；螺旋桨；非均匀流场；流固耦合；边界元 - I - Abstract The propeller noise is one of the main noises of ship. It has no effect on its hydrodynamic characteristics. But it can affect the comfortable degree of the crew and passengers and even be harmful to the people’s health. More importantly, the propeller noise would affect the consealment of the modern warships. Therefore, the propeller noise has always been a hot topic for the researchers at home and abroad. The vibration charateristics, hydrodynamic characteristics and the sound radiation of the propeller are analyzed by numerical calculation based on the finite element method(FEM) and the boundrary element method(BEM). Details are as follows: The 2D coordinate values are converted to the 3D coordinate values according to the paraments of the propeller. The 3D propeller model is es