单叶片推进器及其运动特性

提出了一种新型的流体推进器——单叶片推进器,通过对叶片的运动学和负载的分析,建立了该推进器的运动方程。基于ADAMS环境,建立了单叶片推进器的虚拟样机,并进行了推进器系统的动力学仿真。仿真分析表明:单叶片推进器能够在设定转速下稳定运行;有效推力是脉动变化的,但在稳定转速下,有效推力的幅值和频率是稳定的,可以产生稳定的推动效果。     

一种新型摆线推进器控制系统的设计

为了简化摆线推进器的构造,减少推进器部件的磨损,设计了一种新型的摆线推进器控制系统.该控制系统采用步进电机作为摆线推进器控制机构,通过建立摆线推进器的叶片转角与叶片安装转盘转角的数学模型,得到步进电机控制脉冲数,使控制的叶片摆角满足叶片摆动规律.仿真试验结果表明,基于步进电机的摆线推进器控制系统能够较好地满足摆线推进器控制要求.     

双叶片推进器及其性能分析

提出了一种新型的流体推进器-双叶片推进器,通过对叶片的运动学和流体动力的分析,建立了该推进器性能参数的计算方法.对结构参数相同的两种推进器进行了性能分析研究,研究结果表明,双叶片推进器提高了主推力的稳定性,侧向推力小且变化较平稳,理论推进效率较高.     

半转叶片推进器直翼叶片应力和变形分析

针对新型流体推进器,通过对叶片的运动学和流体动力分析,研究了作用在叶片上的面力和体力分布规律并导出了它们的计算公式;基于ANSYS环境,建立了一种直翼叶片的有限元模型,研究了非均匀面力的加载方法,获得了面力分布模型;对叶片应力和变形进行了计算与分析,计算结果揭示了直翼叶片的应力和变形分布规律,为优化叶片的结构和提高其强度、刚度提供了理论指导.     

基于半转机构的仿生船舶推进器的仿真研究

为提高基于半转机构的Weis-Fogh效应仿生船舶推进器设计的效率和可靠性,并对推进器进行动力学和运动学分析,在用仿真软件ADAMS建立仿生船舶推进器的机械动力学模型的基础上,利用Matlab中的Simulink工具箱建立控制系统,通过ADAMS和Matlab的接口ADAMS/Controls模块,实现了应用ADAMS和Matlab对基于半转机构的Weis-Fogh效应仿生船舶推进器的联合仿真.仿真结果表明,Weis-Fogh效应仿生船舶推进器能够给船舶提供有效稳定的推进力,同时也证明了推进器推进力随叶轮转速的增加而增大,随叶片和固壁之间初始间隙(在(4cm,+∞)区间内)的增大而减小.     

压电纤维致动的仿鲤鱼尾鳍式小型推进器的摆动特性及流固耦合机理

宏压电纤维复合材料（Macro fiber composite,MFC）克服了传统压电材料在韧性和脆性方面的不足,具有驱动变形大、柔韧性好且防水性好的优点,在仿生变形驱动领域具有广泛的应用前景。模仿锦鲤鱼类的形态特征和身体/尾鳍（Body or caudal fin,BCF）游动推进模式,提出了一种MFC致动的仿鲤鱼尾鳍式小型水下推进器。在峰值1 000 V、频率7.5 Hz的简谐激励电压下,试验测得推进器末端水下最大摆速154.5 mm/s。采用计算流体力学（Computational fluid dynamics,CFD）分析了推进器摆动过程中周围流场分布及变化情况。仿真结果表明,推进器在稳定推进阶段产生的瞬时最大推进力和平均推进力分别为9.8 mN和4.22 mN,与Lighthill细长体理论一致;同时从推进器周围的周期平均流场结构中观察到了一片流速约为推进器结构最大摆速2倍的高速流场区域,且始终存在着一对对称分布、旋向相反的涡环结构沿着推进器顺流而下,因此产生一股高速水流从推进器尾部喷射而出,而推进器在高速水流的反作用力下向前推进,从而揭示了仿鲤鱼尾鳍式小型水下推进器的流固耦合特性和推进机理。     

不同控制机构的直翼推进器性能分析

针对直翼推进器在设计中不同控制机构的性能差异的问题,以摆动导杆式、四连杆式、六连杆式三种机构为对象,分析推进器及叶片的水动力和各控制机构叶片摆角的运动规律。运用FLUENT软件,采用UDF控制的滑移网格法,建立敞水环境下单个直翼推进器的二维流场模型,并对不同控制机构、偏心率、进速系数、方向角等情况下的流场进行数值模拟。与实验结果对比验证,表明仿真模型能准确地预报推进器水动力性能。对不同控制机构的水动力性能分析表明：摆动导杆式能获得最高的主推力、效率等重要性能参数,六连杆式的性能低于摆动导杆式5%左右,四连杆式的性能最差;六连杆式单叶片的最大角速度以及受力变化幅度低于摆动导杆式和四连杆式20%-50%,有利于叶片的可靠性;通过设置合适的方向角,四连杆式的水动力性能可提高20%左右。     

矢量推进器传动链的动力学仿真

基于一种新型的螺旋桨矢量推进器,分析其运动规律,对运动参数进行理论推导,并应用ADAMS软件对推进器传动链进行动力学仿真分析,得到了运动链约束参数和推进器的运动参数。仿真结果验证了建立的动力学传动链模型符合传动规律,参数设置合理,并为进一步研究提供了基础。     

半转叶轮仿生推进器及制动力与力矩的计算

半转叶轮仿生推进器是基于半转机构实现韦斯-福(Weis-Fogh)效应的仿生原理构建的新型船舶推进器.文中介绍了推进器的构成及其不同于螺旋桨推进器的推力原理,通过对其叶片进行速度和负载分析,求出在制动这一特殊工况下的制动力、力矩及系统运动方程.     

叶片数对喷水推进器性能影响的计算流体动力学分析

分析和界定了喷水推进器数值计算所需流场控制体。联用结构化网格和非结构化网格对该流场区域进行离散。选择切应力输运(Shear stress transport,SST)二方程紊流模型,采用稳态多参考系方法进行数值计算。根据实船试航时泵转速和航速,计算"船—泵"匹配特性线上六个工况点对应的功率和推力,并与设计单位提供的精确设计值进行比较,在分析网格无关性的基础上检验了数值计算方法的可信性。在此基础上从三个方面分析和比较了该喷水推进器:叶轮叶片数从5叶变化到7叶时对Stodola滑移系数和喷水推进器外特性的影响;导叶体叶片数从9叶变化到13叶时对叶轮出口流体整流结果的影响以及由此引起的流体动力性能的改变;叶轮和导叶体15种不同叶片数匹配时在给定工况下各自对应的流体动力性能数据。结果表明,在给定运动参数工况下,随着叶轮叶片数增加,Stodola滑移系数增加,喷水推进泵扬程增加,产生的轴向推力和消耗的轴功率也增大,效率下降;导叶叶片数增加时,喷口出流的旋转作用减弱,11叶后再增加已无明显改进,导叶为10叶和11叶时喷水推进器性能较接近,对应扬程和推力均较12叶和13叶时大;叶轮为5叶时与9叶导叶组合使整体性能最佳,而6...     

复杂载荷作用下压气机叶片疲劳寿命数值分析

为提高叶片服役寿命,在计算叶片应力分布并预测其在复杂载荷作用下的疲劳寿命后,基于逆向工程建立了三种不同精度的叶片模型;考虑离心和气动载荷作用,求解压气机叶片复合载荷作用下的应力分布规律;通过叶片模拟件疲劳试验,确定TC4钛合金疲劳极限,拟合寿命模型参数;利用非线性连续损伤力学模型预测叶片在典型工况下的疲劳寿命。结果表明：不同模型的应力及寿命计算值存在一定差异,开展叶片数值分析时,需考虑计算模型还原叶片几何特征的精度对计算结果的影响。     

POD推进器水动力性能模拟与分析

阐述了POD推进器的结构特点、CFD技术及其软件;结合水动力性能模拟的结果,对单桨与吊舱推进器的水动力性能进行了比较和分析。     

轴向插装枞树形叶根成组叶片切向B0型振动特性的研究

采用三维8节点非协调有限法和应变遥测法，对轴向插装枞树形叶根成组叶片的振动特性进行计算分析和实验研究。计算和实验发现，由N个叶片组成的叶片组出现了叶根参与振动和叶根不参与振动的两种形式，共2倍的N-1个切向Bo型振动模态，而且叶根参与振动的切向B0型振动频率远低于叶根不参与振动的情况。不同于目前文献对叶片组切向B0型振动的描述。这种现象在叶片设计和事故分析中是值得注意的。     

风轮叶片疲劳试验加载设计

鉴于风电叶片截面形状和铺层结构的复杂性,推导了叶片疲劳试验过程中的加载弯矩分布计算方法,实现了对叶片危险区段校验的目的,也规避了叶片部分截面超载的风险;同时,通过测试手段获取被测叶片的真实参数,避免了叶片实物与叶片设计参数误差而导致的试验载荷不确定性,提高了试验的可靠性和可信度。     

低比转速叶轮内部流动的数值计算

为了解复合叶轮内部流动特性,采用雷诺时均Navier-Stokes方程和Spalart-Allmaras湍流模型对4长叶片的普通叶轮和4长4中8短16叶片的复合叶轮内部流动进行了数值模拟,得到了设计工况下两种叶轮内部流场分布,分析了中、短分流叶片对叶轮内部流场的影响。计算结果表明:采用长、中、短叶片设计的复合叶轮可以改善流道内流场分布,提高长叶片吸力面压力,有效地阻止液流的脱流,复合叶轮可以获得更高的静压差,有效地提高了离心泵的扬程。     

风力机叶片气动设计与结构研究

采用Wilson模型优化设计水平轴风力机叶片的气动外形;利用有限元软件对玻璃钢叶片在风力、重力和离心力的耦合作用下的静力学、稳定性和动力学进行仿真分析.通过对叶片额定风况下的静力学和稳定性分析,不仅能获取叶片的应力和应变分布,而且可检验叶片设计的安全性和合理性.通过叶片动力学分析,计算叶片的振动频率,判断能否避免共振,实现正常运行.     

晶体塑性理论在定向结晶材料与构件上的应用

将晶体塑性理论应用于定向结晶材料与构件分析之中。首先结合试验结果,由单晶体的材料基本常数推得横观各向同性的５个材料参数,进一步研究了晶粒数对这５个参数的影响,并给出其分布规律;其次以一真实叶片为例,给出其在考核工况下的蠕变响应,与试车结果比较,得到晶体塑性理论分析定向结晶结构的合理性。     

喷水推进系统噪声产生机理及降噪分析

通过对喷水推进系统的主要作功体喷水推进泵的全面分析，指出负荷噪声、回流噪声、空化噪声是喷水推进系统的主要噪声源。分析了三种噪声产生的机理和原因。认为降低噪声应该在设计喷水推进系统过流部件结构的合理性、系统和部件的抗空蚀性能、控制回流、结构措施、吸噪材料等方面开展工作。     

混流式核主泵叶轮叶片厚度分布规律对能量性能的影响

采用数值计算方法,开展混流式核主泵叶轮叶片自前盖板至后盖板方向厚度分布规律对能量性能影响的研究。通过对5种具有不同厚度分布规律叶片的叶轮进行比较分析,探索最佳叶片厚度比值和其对叶片表面静压力分布规律的影响。结果表明:当叶片后盖板处厚度与前盖板处厚度比值L=1.5时,叶轮的水力效率达到最高,当L=1.25时叶片做功能力低,叶轮内能量损失大,水力效率较低;在小流量工况下,随着比值L的增加,相同流量下扬程和水力效率都随之升高;在大流量工况下,扬程和水力效率都随着L的增大而降低;叶轮流道内压能沿着前盖板至后盖板方向增大并且最大压能位置向中间移动。     

The selection of radius correction method in the case of coordinate measurements applicable for turbine blades

The objective of the research presented in the paper is the selection of suitable probe radius correction method in the case of coordinate measurements which can be applied for turbine blades. The investigations are based on theoretical analysis of geometric data and on further computer simulation of measurements and data processing. In the paper two methods for computing coordinates of corrected measured points are verified. Those so-called local methods of probe radius correction are based on Bézier curves. They are dedicated first of all to coordinate measurements of free-form surfaces which are characterized by big values of curvature, e.g. those surrounding the leading and trailing edges of a turbine blade. Numerical simulations are done for several models of the cross-sections of turbine blades with diversified magnitudes of radii of curvature. There are considered both manufacturing deviations and coordinate measurement uncertainty of each examined profile of a turbine blade. Numerical investigations based on the developed analytical models show the advantage of the algorithm which uses the second degree Bézier curves in probe radius correction. Moreover, in the paper there is explained the implementation of the developed algorithms for probe radius correction into the standard CMM software which amplifies the usability of the algorithms.