(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210730502.4 (22)申请日 2022.06.24 (71)申请人 华中科技大 学 地址 430070 湖北省武汉市洪山区珞喻路 1037号 (72)发明人 向先波　王浩天　向巩　杨少龙　 袁在思　 (74)专利代理 机构 深圳市诺正鑫泽知识产权代 理有限公司 4 4689 专利代理师 曾涛 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06T 17/00(2006.01) (54)发明名称 一种导管螺 旋桨水动力计算方法及其应用 (57)摘要 本发明涉及螺旋桨水动力性能仿真相关技 术领域， 公开了一种基于流量相等原则的导管螺 旋桨水动力计算方法及其应用。 其使用体积力模 型代替桨叶的作用， 在进速的处理上引入质量流 量修正系数λ， 并基于实体导管螺旋桨质量流量 与导管搭配体积力模型的质量流量相等的原则 求得λ， 进而通过质量流量修正系数λ对进速系 数进行校正， 从而修正使用体积力代 替实体螺旋 桨后导管内偏低的螺旋桨推力、 导管推力和质量 流量。 通过此改进体积力方法， 可 以在显著提高 航行器操纵运动仿真效率的基础上充分考虑导 管‑螺旋桨之间耦合水动力作用， 得到更精确的 螺旋桨推力、 导管推力和航行体的航行阻力仿真 值。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 115130215 A 2022.09.30 CN 115130215 A 1.一种导管螺 旋桨水动力计算方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤1： 建立基于RANS方程的粘性 流体计算模型； 步骤2： 求解RANS方程， 获得校正进速系数J*， 校正进速系数J*用以修正使用体积力代替 实体螺旋桨后偏低的螺 旋桨推力、 导管推力和质量 流量； 步骤3： 根据校正进速系数J*， 对螺旋桨单桨敞水性能曲线插值求得对应的推力系数KTP ＝f(J*)， 进而求得螺 旋桨推力TP； 步骤4： 在仿真平台编写场函数规定体积力分布形式和 空间分布区域以获得具体的体 积力源项， 并载入RANS方程 求解， 获得导管推力TD和水面或水 下航行体阻力。 2.根据权利要求1所述的一种导管螺旋桨水动力计算方法， 其特征在于， 所述步骤1包 含： 建立导管螺旋桨和水面或水下航行体的三维模型， 并给定螺旋桨转速n； 划分导管螺旋 桨和水面或水下航行体的面网格和流体区域的体网格， 设置边界条件、 初始条件、 湍流模 型。 3.根据权利要求1所述的一种导管螺旋桨水动力计算方法， 其特征在于， 在步骤2中， 所 述校正进速系数J*通过以下公式计算： 其中， λ为质量流量修正系数， 其取值范围为[1， +∞]； Vinflow为入流面轴向平均速度； Vinduced为导管螺旋桨轴向诱导速度， 入流面取外径为D， 内径为桨毂直径的圆环面， 其轴向 位置取为螺旋桨盘面， 导管螺旋桨轴向诱导速度为导管出口处轴向速度与导管入口处轴向 速度的差值。 4.根据权利要求3所述的一种导管螺旋桨水动力 计算方法， 其特征在于， 所述质量流量 修正系数λ基于质量流量相等原则获得， 质量流量相等原则是实时航速v下实体导管螺旋桨 质量流量Q0等于导管 搭配体积力模型的质量 流量Q， 即Q0＝Q。 5.根据权利要求4所述的一种导管螺旋桨水动力 计算方法， 其特征在于， 质量流量修正 系数 λ 由如下流 程求解： a.通过数值模拟获取转速n下各航速V与实体导管螺旋桨质量流量Q0的数值关系Q0＝f (V)， 所述质量 流量定义为Q＝ρ SVInflow,其中， S为入流 面面积； b.通过数值模拟获取导管搭配体积力模型的λ、 V与质量流量Q的数值关系， 并通过曲面 拟合成式λ＝g(V,Q)； c.将通过数值求解获得的导管搭配体积力模型的实时航速v代入 Q0＝f(V)和 λ＝g(V,Q) 两式， 可得实时航速v下实体导管桨的质量流量Q0＝f(v)， 再基于质量流量相等原则便可求 得质量流量修正系数 λ＝g(v,f(v) )。 6.根据权利要求1所述的一种导管螺旋桨水动力计算方法， 其特征在于， 在步骤4中， 所 述螺旋桨体积力分布形式为空间均匀分布轴向力； 所述螺旋桨体积力空间分布区域的径向 范围为桨毂半径至导管内径之间， 轴向范围为桨叶侧向投影所涵盖的范围。 7.根据权利要求1所述的一种导管螺旋桨水动力计算方法， 其特征在于， 在步骤3 中， 通 过试验或数值模拟求得螺 旋桨单桨敞水性能曲线。 8.一种权利要求1～7任意一项一种导管螺旋桨水动力计算方法的应用， 其特征在于， 其用于水面或水 下航行体 推进性能预报。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115130215 A 29.根据权利要求8所述的一种导管螺旋桨水动力 计算方法的应用， 其特征在于， 采用粘 性流方法计算水面或水下航行体周围流场， 将所述流场与所述导管螺旋桨的推力进行耦合 获得所述航行体的推进性能。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115130215 A 3