／ 当 Ｓ$ → $） ｎ Ｖ０ · ｎ Ｑ ＝－ Ｑ（ φ － ０ ｐ －ｐ ＝ （ （ ） 在 ＳＷ 上 ） ５ ＋ － （ ／ ） ／ ） ｎ ｎ ０ －（ ＝ Ｑ Ｑ φ φ １ １ 式中 ， 上标 ＋ 和 － 分别表示在尾涡面上 、 下表面 Ｑ１ 是尾涡面上的点 ， 的值 。
： ／ ＤＯ Ｉ １ ０． ３ ９ ６ ３ ． ｉ ｓ ｓ ｎ． １ ６ ７ １ ４ ４ ３ １． ２ ０ １ １． ０ ７． ０ １ ６ － ｊ
舵球几何参数对螺旋桨水动力性能的影响
何 苗， 王 超， 郭春雨 ， 黄 胜
收稿日期 ： ２ ０ １ １ ０ ５ １ ３． － － ） ） 基金项目 ： 博士点基金 （ 和中央高校基本科研业务费专项资金 （ ２ ０ １ ０ ２ ３ ０ ４ １ ２ ０ ０ ２ ６ ＨＥ Ｕ Ｃ Ｆ １ １ ０ １ ０ ６ ． ， ： 作者简介 ： 何 苗（ 女， 博士生 ． ａ ｈ ｏ ｏ ． ｃ ｏ ｍ． ｃ ｎ １ ９ ８ ５ Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ｍ ｉ ａ ｏ ｍ ｉ ａ ｏ ５ ９ １ ２ １ ３＠ｙ －）
， ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｅ ｏ ｍ ｅ ｔ ｒ ｉ ｃ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｒ ｕ ｄ ｄ ｅ ｒ ｂ ａ ｌ ｌ ．Ｈ ｅ ｒ ｂ ｏ ｌ ｉ ｃ ａ ｌ ｕ ａ ｄ ｒ ｉ ｌ ａ ｔ ｅ ｒ ａ ｌ ａ ｎ ｅ ｌ ｓ ａ ｒ ｅ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ａ ｖ ｏ ｉ ｄ ａ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ａ ｎ ｅ ｌ ｓ ａ ｎ ｄ ｇ ｐ ｙ ｐ ｑ ｐ ｇ ｐ ｐ ， ｒ ｉ ｄ ｓ ａ ｔ ｒ ｕ ｄ ｄ ｅ ｒ ｂ ａ ｌ ｌ ａ ｒ ｅ ｒ ｅ ｆ ｉ ｎ ｅ ｄ ．Ｏ ｎ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｏ ｆ ｒ ｏ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｂ ｌ ａ ｄ ｅ ｓ ａ ｎ ｅ ｌ ｓ ａ ｌ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ｏ ｒ ｄ ｄ ｉ ｒ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｇ ｐ ｐ ｐ ｇ ｐ ｗ ｅ ｒ ｅ ｂ ｏ ｔ ｈ ａ ｒ ｒ ａ ｎ ｅ ｄ ｂ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｓ ｉ ｎ ｅ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ．Ａ ｎ ｉ ｔ ｅ ｒ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｗ ａ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｄ ｅ ｒ ｉ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｇ ｙ ， ｒ ｏ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｒ ｕ ｄ ｄ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｒ ｕ ｄ ｄ ｅ ｒ ｂ ａ ｌ ｌ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ． Ｂ ｏ ｔ ｈ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｒ ｏ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｔ ｏ ｒ ｕ ｄ ｄ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｒ ｕ ｄ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｒ ｏ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｗ ｅ ｒ ｅ ｃ ｉ ｒ ｐ ｐ ｙ ｐ ｐ ｐ ｐ － ， ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｃ ｕ ｍ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ｌ ａ ｖ ｅ ｒ ａ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｕ ｎ ｓ ｔ ｅ ａ ｄ ｗ ａ ｓ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｔ ｏ ｓ ｔ ｅ ａ ｄ ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ．Ｃ ｏ ｍ ａ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ ｓ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｐ ｙ ｇ ｙ ｙ ｐ － ａ ｎ ｄ ｅ ｘ ｅ ｒ ｉ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｄ ａ ｔ ａ ｉ ｎ ｄ ｉ ｃ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｉ ｓ ｒ ｅ ｌ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ ． Ｔ ｈ ｅ ｖ ａ ｒ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ ｓ ｃ ａ ｌ ｅ ｓ ｏ ｆ ｒ ｕ ｄ ｄ ｅ ｒ ｂ ａ ｌ ｌ ｗ ｅ ｒ ｅ ｉ ｎ ｖ ｅ ｓ ｔ ｉ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｐ ｐ － ， ａ ｔ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｉ ｓ ａ ｎ ｏ ｔ ｉ ｍ ａ ｌ ｍ ａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｂ ｅ ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ ｒ ｏ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｄ ｉ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｒ ｕ ｄ ｄ ｅ ｒ ｂ ａ ｌ ｌ ｇ ｐ ｐ ｐ ｇ ， ｄ ｉ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｒ ｕ ｄ ｄ ｅ ｒ ｂ ａ ｌ ｌ ｃ ｒ ｉ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｌ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｘ ｉ ｓ ｔ ． ｇ
（ ） ３ （ ） ４
｛
＋
） ） ） 引用式 （ 在物面上积分方程 （ 可展开为 ３ ５ ３ 个条件 ， ２ ～ 式（ １ ２ Ｐ） Ｑ） （ ） ｄ Ｓ＋ π ＝ φ（ φ（ ｎ Ｑ Ｒ Ｐ Ｑ

Ｓ Ｂ Ｓ Ｂ
Ｑ） Δ φ（ ｎ
１
ＳＷ
（１ ） ｄ Ｓ＋ ＲＰＱ１ Ｑ １ （ ） ６
%２ φ ＝０ 任意一场点 Ｐ（ ｘ， ｚ）的扰动势可表示为 根据格林公式 ， ｙ， １ Ｑ） １ ］ （ ４ Ｅ Ｐ） Ｑ） （ ） ｄ Ｓ π ＝ ［ － φ φ（ φ（ ｎ ｎ ＲＰＱ Ｑ Ｒ Ｐ Ｑ Ｑ Ｓ （ ） ２ （ ） Ｓ 的每一部分上 ， % 在 ＳＢ 上 ） φ →０ （
ＨＥ Ｍ ｉ ａ ｏ， ＷＡＮＧ Ｃ ｈ ａ ｏ， Ｇ Ｕ Ｏ Ｃ ｈ ｕ ｎ ｕ，ＨＵＡＮＧ Ｓ ｈ ｅ ｎ － ｙ ｇ
（ ，Ｈ ，Ｈ ） Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｓ ｈ ｉ ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ １ ５ ０ ０ ０ １， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｐ ｇ ｇ ｇ ｇ ｇ ｙ
］ １ ７ － 简易 ， 且节能效果显著 ， 但 查 阅 目 前 桨 舵 干 扰 文 献［ 发 现， 关 于 舵 球 的 文 献 并 不 多， 且主要集中在试验方 ］ ４ ５ ６］ － 。 理论方面 ， 面［ 马骋 、 钱正芳 ［ 建立了 桨 －舵 －舵 球 组 合 体 的 计 算 仿 真 系 统 ， 但 并 未 进 行 舵 球 变 尺 度 研 究；
： ； ； ； Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｒ ｏ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ｕ ｄ ｄ ｅ ｒ ｂ ａ ｌ ｌ ｒ ｕ ｄ ｄ ｅ ｒ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ； ｄ ｒ ｏ ｄ ｎ ａ ｍ ｉ ｃ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｃ ｉ ｔ ａ ｒ ｉ ａ ｂ ｌ ｅ ｓ ｃ ａ ｌ ｅ ｐ ｈ ｖ ｒ ｐ ｐ ｙ ｙ ｙ ｙ ｙ － 舵球是安装在舵叶上桨轴中心线位置 的 节 能 回 转 装 置 ， 其 节 能 原 理 为： 舵球填充了螺旋桨后方的空 １） ） 间， 有利于消弱桨后方轴线处的低压区 ； 加强了舵的整流作用 ， 有利于减小螺旋桨的周向诱导速度 ， 提高周 ２ ） 向诱导效率 ； 有助于提高桨盘面处伴流场均匀度 ， 对螺旋桨空泡 、 激振等性能 的 影 响 有 利 。 尽 管 舵 球 安 装 ３
Ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ Ｒ ｕ ｄ ｄ ｅ ｒ Ｂ ａ ｌ ｌ Ｇ ｅ ｏ ｍ ｅ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｐ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｎ Ｈ ｄ ｒ ｏ ｄ ｎ ａ ｍ ｉ ｃ Ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ Ｐ ｒ ｏ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｙ ｙ ｐ
第３ ３卷 第７期 ２ ０ １ １年７月
武 汉 理 工 大 学 学 报
Ｊ Ｏ Ｕ Ｒ Ｎ Ａ Ｌ Ｏ Ｆ ＷＵ Ｈ Ａ Ｎ Ｕ Ｎ Ｉ Ｖ Ｅ Ｒ Ｓ Ｉ Ｔ Ｙ Ｏ Ｆ Ｔ Ｅ Ｃ Ｈ Ｎ Ｏ Ｌ Ｏ Ｇ Ｙ
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ３ Ｎ ｏ ． ７ ｕ ｌ ． ２ ０ １ １ Ｊ ｙ
１ 基于有升力体的面元法积分方程
考虑在速度为Ｖ０ 的无旋 、 非粘性 、 不可压缩来流中的任意升力体 ， 取一外部控制面将其封闭在内 。 如图 流域的边界面由物面 ＳＢ 、尾涡面 ＳＷ 和外边界面 Ｓ$ 组成 。 在该流域中可由扰动速度势 φ 来表示升 １ 所示 ，
８］ 。 力体的扰动 ［
φ 满足拉普拉斯方程
（ ） 哈尔滨工程大学船舶工程学院 ， 哈尔滨 １ ５ ０ ０ ０ １ 摘 要： 用 面 元 法 计 算 了 螺 旋 桨 －舵 －舵 球 系 统 的 推 进 性 能 。 采 用 双 为研究舵球几何参数对螺旋桨水动力性能的影响 ， 对舵球网格进行加密 ， 螺旋桨弦向和展向采用余弦划分方式 。 用迭代计算考虑螺 旋 桨 与 舵 及 舵 曲面元以消除面元间隙 ， 螺旋桨与舵之间的诱导速度在面元处进行周向平均 ， 将非定常问题转化为定常问题 。 首 先 用 该 程 序 球之间的相互干扰 ， 计算了桨舵系统水动力性能 ， 计算结果与试验值吻合良好 。 然 后 对 舵 球 几 何 参 数 进 行 了 变 尺 度 计 算 ， 结 果 表 明， 舵球直 径与螺旋桨直径存在最佳匹配值 ， 使得螺旋桨效率最大 ； 舵球 长 度 存 在 临 界 值 ， 当舵球长度小于临界值时螺旋桨节能效 果增加显著 。 关键词 ： 舵球 ； 桨 －舵 －舵球系统 ； 水动力性能 ； 诱导速度 ； 变尺度研究 中图分类号 ： ６ ６ １． ３ １ ３ Ｕ 文献标识码 ： Ａ （ ） 文章编号 ： １ ６ ７ １ ４ ４ ３ １ ２ ０ １ １ ０ ７ ０ ０ ６ ８ ０ ５ － － －
： Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｈ ｅ ｈ ｄ ｒ ｏ ｄ ｎ ａ ｍ ｉ ｃ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｒ ｏ ｅ ｌ ｌ ｅ ｒ ｒ ｕ ｄ ｄ ｅ ｒ ｒ ｕ ｄ ｄ ｅ ｒ ｂ ａ ｌ ｌ ｓ ｓ ｔ ｅ ｍ ｗ ａ ｓ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｄ ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｓ ｔ ｕ ｄ ｔ ｈ ｅ Ｔ ｙ ｙ ｐ ｐ ｐ ｙ ｙ － －
（ （ ／ Ｖ · ｎ） １ Ｒ