分类号： 密级： UDC: 编号： 工学硕士学位论文 仿生螺旋桨水动力性能研究 硕士研究生：谷双泰 指导教师：郭春雨教授 学科、专业：船舶与海洋结构物设计制造 论文主审人：黄胜教授 哈尔滨工程大学 2015年3月
分类号： 密级： U D C ： 编号： 工学硕士学位论文 仿生螺旋桨水动力性能研究 硕士研究生 ：谷双泰 指 导 教 师 ：郭春雨 教授 学科、专业 ：船舶与海洋结构物设计制造 论文主审人 ：黄 胜 教授 哈尔滨工程大学 2015 年 3 月
分类号： 密级： UDC: 编号： 工学硕士学位论文 仿生螺旋桨水动力性能研究 硕士研究生：谷双泰 指导教师：郭春雨教授 学位级别：工学硕士 学科、专业：船舶与海洋结构物设计制造 所在单位：船舶工程学院 论文提交日期：2015年1月 论文答辩日期：2015年3月 学位授予单位：哈尔滨工程大学
分类号： 密级： U D C ： 编号： 工学硕士学位论文 仿生螺旋桨水动力性能研究 硕 士 研 究 生 ：谷双泰 指 导 教 师 ：郭春雨 教授 学 位 级 别 ：工学硕士 学 科 、 专 业 ：船舶与海洋结构物设计制造 所 在 单 位 ：船舶工程学院 论文提交日期 ：2015 年 1 月 论文答辩日期 ：2015 年 3 月 学位授予单位 ：哈尔滨工程大学
Classified Index: U.D.C: A Dissertation for the Degree of M.Eng Research of the Hydrodynamic Performance of Bionic Propeller Candidate:Gu Shuangtai Supervisor:Prof.Guo Chunyu Academic Degree Applied for:Master of Engineering Specialty Design and Construction of Naval Architecture and Ocean Structure Date of Submission:January,2015 Date of Oral Examination:March,2015 University:Harbin Engineering University
Classified Index: U.D.C: A Dissertation for the Degree of M. Eng Research of the Hydrodynamic Performance of Bionic Propeller Candidate: Gu Shuangtai Supervisor: Prof. Guo Chunyu Academic Degree Applied for: Master of Engineering Specialty : Design and Construction of Naval Architecture and Ocean Structure Date of Submission: January, 2015 Date of Oral Examination: March, 2015 University: Harbin Engineering University
哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成 的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文 中己注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成 果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者（签字）： 日期： 年月日 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工 作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机 构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数 据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公 布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注 明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文（☐在授予学位后即可☐在授予学位12个月后口解密后）由哈尔 滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。 作者（签字）： 导师（签字）： 日期： 年月日 年月日
哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成 的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文 中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成 果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完 全意识到本声明的法律结果由本人承担。 作者（签字）： 日期： 年 月 日 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工 作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机 构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数 据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公 布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注 明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文（□在授予学位后即可 □在授予学位 12 个月后 □解密后）由哈尔 滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。 作者（签字）： 导师（签字）： 日期： 年 月 日 年 月 日
仿生螺旋桨水动力性能研究 摘要 螺旋桨是最广泛使用的船舶推进器，伴随着科学技术和生产力的日益提高，人们 对其性能的要求越来越高，传统螺旋桨的研究己经不能满足复杂工况的使用要求，越 来越多的新型特种螺旋桨层出不穷。在许多特种螺旋桨中都运用到了仿生学。本文从 座头鲸的带有突起的肢状鳍中汲取灵感，设计一种导边处带有凹凸结构的仿生螺旋桨， 并对其性能进行研究分析。 首先，螺旋桨的曲面形状十分复杂，凹凸结构的尺寸及位置分布难以确定，但螺 旋桨可简化看作一个扭曲的机翼。故本文先以NACA 0020为原型翼进行自主研发， 设计出仿生凹凸机翼。设计不同展弦比，多种凹凸形式，翼面是否随前沿同步凹凸呈 波浪形式的7个模型。通过实验对比研究凹凸结构对机翼的影响效果，对水动力特性 和流场特性的分析发现：与普通翼型相比凹凸翼型的失速特性更为平缓且无明显失速 角，原NACA0020翼型失速后同角度优化翼型升力系数显著上升，升阻比在同角度 下改善明显。为进行仿生螺旋桨的设计和研究打下基础的理论依据。 其次，基于凹凸结构对机翼的影响作用，运用CATIA分别建立8个凹凸尺寸、位 置分布不同的仿生螺旋桨模型，并建立仿生螺旋桨性能分析的C℉D数值仿真预报方 法。采用STAR CCM+对模型进行网格划分，并进行螺旋桨水动力性能计算。用原型 螺旋桨的计算结果和实验值进行对比，误差在可接受范围之内，证明了数值模拟的正 确性。然后计算了8个凹凸仿生螺旋桨的水动力性能，对比分析计算结果，选取性能 最好的螺旋桨进行螺旋桨敞水实验。实验结果和数值计算结果相吻合，并得出以下结 论：该仿生螺旋桨的推力系数和扭矩系数较于原型螺旋桨要低：在进速系数为0.1-0.55 时，该仿生螺旋桨敞水效率要优于原型桨：该仿生螺旋桨的叶面涡大幅减小，能量消 耗降低，可造成螺旋桨噪声降低：该仿生螺旋桨的叶面压力较原型螺旋桨更为均匀， 可使螺旋桨振动降低。 关键词：仿生螺旋桨凹凸结节C℉D螺旋桨敞水性能
仿生螺旋桨水动力性能研究 摘 要 螺旋桨是最广泛使用的船舶推进器，伴随着科学技术和生产力的日益提高，人们 对其性能的要求越来越高，传统螺旋桨的研究已经不能满足复杂工况的使用要求，越 来越多的新型特种螺旋桨层出不穷。在许多特种螺旋桨中都运用到了仿生学。本文从 座头鲸的带有突起的肢状鳍中汲取灵感，设计一种导边处带有凹凸结构的仿生螺旋桨， 并对其性能进行研究分析。 首先，螺旋桨的曲面形状十分复杂，凹凸结构的尺寸及位置分布难以确定，但螺 旋桨可简化看作一个扭曲的机翼。故本文先以 NACA 0020 为原型翼进行自主研发， 设计出仿生凹凸机翼。设计不同展弦比，多种凹凸形式，翼面是否随前沿同步凹凸呈 波浪形式的 7 个模型。通过实验对比研究凹凸结构对机翼的影响效果，对水动力特性 和流场特性的分析发现：与普通翼型相比凹凸翼型的失速特性更为平缓且无明显失速 角，原 NACA 0020 翼型失速后同角度优化翼型升力系数显著上升，升阻比在同角度 下改善明显。为进行仿生螺旋桨的设计和研究打下基础的理论依据。 其次，基于凹凸结构对机翼的影响作用，运用 CATIA 分别建立 8 个凹凸尺寸、位 置分布不同的仿生螺旋桨模型，并建立仿生螺旋桨性能分析的 CFD 数值仿真预报方 法。采用 STAR CCM+对模型进行网格划分，并进行螺旋桨水动力性能计算。用原型 螺旋桨的计算结果和实验值进行对比，误差在可接受范围之内，证明了数值模拟的正 确性。然后计算了 8 个凹凸仿生螺旋桨的水动力性能，对比分析计算结果，选取性能 最好的螺旋桨进行螺旋桨敞水实验。实验结果和数值计算结果相吻合，并得出以下结 论：该仿生螺旋桨的推力系数和扭矩系数较于原型螺旋桨要低；在进速系数为 0.1-0.55 时，该仿生螺旋桨敞水效率要优于原型桨；该仿生螺旋桨的叶面涡大幅减小，能量消 耗降低，可造成螺旋桨噪声降低；该仿生螺旋桨的叶面压力较原型螺旋桨更为均匀， 可使螺旋桨振动降低。 关键词：仿生螺旋桨 凹凸结节 CFD 螺旋桨敞水性能
哈尔滨工程大学硕士学位论文
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