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随着舰船技术的重大变革,现代舰船正在逐渐向大型化、快速化和安静化的方向发展,对其振动与噪声性能的要求提出了更为严峻的挑战。大量的实船测试结果表明,造成舰船的总声压级指标过高的主要原因是1/3倍频程声压谱和线谱的某些频段或频率点声压过大,而这些频率主要集中在低频段。低频段中的若干线谱或窄带谱是目前舰船辐射噪声的主要特征,这些特征与工作于舰船艉部非均匀流场中的螺旋桨的非定常特性有着密切的关系。有鉴于此,本文在总结国内外研究现状的基础上,采用数值模拟与模型实验的方法,研究了非均匀来流下桨轴耦合特性问题,主要的研究内容如下:第二章中,首先对外部激励作用下螺旋桨的非定常变化特性这一流动问题进行了阐述,进而通过对比分析动网格方法与滑移网格方法的优缺点,建立了基于动网格方法的非均匀来流中外部激励作用下螺旋桨非定常水动力特性的CFD数值模拟方法。在此基础上,分别采用动网格方法和滑移网格方法对九阶非均匀来流下某三叶桨的非定常水动力特性进行了数值模拟分析。研究表明,动网格方法与滑移网格方法在模拟螺旋桨非定常流场时的主要差异存在于流场计算域内的交界面上,两者对螺旋桨非定常力的计算具有同样的精度。第三章中,采用所建立的CFD数值模拟方法,分别对外部轴向及横向激励作用下螺旋桨的非定常水动力特性进行了数值模拟与分析。结果表明,外部轴向激励作用会使螺旋桨非定常水动力在频域上新增一个与激励频率始终保持一致的响应频率,该响应频率的幅值会随着激励频率的增大而逐渐增大,两者之间存在着二次函数的关系。在同一激励频率的外部轴向激励作用下,螺旋桨非定常水动力在频域上新增响应频率的幅值将会随着激励幅值的增大而增大,而且两者之间存在着正比关系。当外部横向激励作用于螺旋桨-轴系时,螺旋桨非定常水动力在频域上也会新增一个显著的响应分量,但该响应分量的频率与激励频率的两倍频始终保持一致,其幅值随着激励频率的增大呈现出逐渐增大的趋势。在同一激励频率的外部横向激励作用下,螺旋桨非定常水动力在频域上新增的响应分量的幅值将会随着激励幅值的增大而增大,而两者之间存在着幂函数的变化关系。对于螺旋桨的流场特性,外部轴向及横向激励作用均会使其产生较为明显变化,且这些变化会随着激励频率或激励幅值的增大而变得越来越明显。第四章中,以重力式循环水洞为试验平台,开展了一种采用微型加速度传感器测量非均匀来流条件下螺旋桨的非定常特性,同时采用应变片和水下数据采集仪研究螺旋桨桨叶动应变特性的模型实验。实验结果表明,螺旋桨非定常特性的频域上能够明显地反应出螺旋桨的轴频及一阶叶频特性,而且当非均匀流场的主角频阶数与螺旋桨的叶数相等或为其整倍数时,其一阶叶频特性会有所增强。当外部轴向激励作用于螺旋桨-轴系时,螺旋桨非定常特性的频域上会新增一个与激励频率保持一致的响应频率,其幅值随着激励频率的增大而增大,两者之间存在二次函数关系。在不同幅值的外部轴向激励作用下,新增的响应频率的幅值会随着激励幅值的增大而增大,两者之间存在着正比关系。在同一流场、同一外部轴向激励作用下,螺旋桨非定常特性的频域上新增的响应频率的幅值会随着转速的增大而增大。对于桨叶的动应变特性,螺旋桨桨叶的动应变频域特性能够明显地反映出非均匀流场的主角频特征与螺旋桨轴频的耦合振动特性。螺旋桨桨叶不同径向位置处的动应变频域特性均能够反映出螺旋桨的轴频及其谐频特性,其中0.6R(R为螺旋桨叶梢处的半径)位置处的动应变特性最为明显。当外部轴向激励作用于螺旋桨-轴系时,螺旋桨桨叶的动应变特性会对其产生一个频率响应,该响应频率与激励频率保持一致。