1. 研究目的与意义（文献综述）

螺旋桨最早出现于1809年，经过 200多年的发展，已经形成较为成熟的理论体系，是当前应用最为广泛的推进器，轴向推力大，工作效率高，用来克服船舶在前进过程中的阻力，维持船舶的操纵运动。不同类型的船舶，往往选取不同种类的螺旋桨，常用的有对转螺旋桨、串列螺旋桨、可调螺距螺旋桨以及导管螺旋桨等。^[1-3]随着船舶行业的发展，为提高船舶推进效率，国内外都投入了大量的试验研究。螺旋桨设计的主要问题是在满足螺旋桨吸收轴功率、拉力和转速的前提下，力求使螺旋桨的质量小，效率高，噪声小，并保证具有一定的结构安全余度。基于最小诱导阻力的螺旋桨设计始于20世纪初的betz和goldstein。1936年，glauert使用了betz提供的方程式，但没有任何有组织的程序来设计螺旋桨。同样在1936年，bierman开发了第一个参数研究，分析了螺旋桨设计过程中一些参数的影响。他分析了设计螺距角随螺旋桨运行速度和推力和/或功率增加而减小的情况。theodorsen表明，对于大圆盘载荷，也可以应用betz条件来获得最小能量损失。1979年晚些时候，larrabee回顾了glauert的工作，提出了一个简单的方法来生产新的螺旋桨几何结构。然而，该方法仍然存在一些问题：迎角近似小，圆盘载荷小，诱导速度公式中不包含粘性项。1990年期间，里伯和福斯特（riber and foster）随后对西奥多森的发展进行了修订。最近在1994年，adkins和liebeck对之前的工作提出了一些改进，带来了一种新的设计方法，没有小迎角近似和一些光碟载荷限制，这更好地符合设计螺旋桨的分析。^[4]

传统的螺旋桨理论设计与计算建立在势流理论基础上，目前仍在广泛使用，但对于预报螺旋桨的水动力特性的分析计算，由于势流理论忽略了流体粘性和旋度的影响，获得螺旋桨水动力性能数据主要通过实验和计算的方法^[5]。目前广泛采用的实验方法是螺旋桨模型敞水试验。然而由于桨叶曲面形状复杂，桨模制作周期较长，造价昂贵，因此桨模试验不能快速预报螺旋桨敞水性能。^[6] 近年来随着实验条件的进步，出现了激光多普勒仪（ldv），它的不干扰流场和高精度的特性被作为一种先进的流场测量手段，可是这需要非常精密的试验设备，同时，不具有快速预报螺旋桨敞水性能的能力。从 1912 年茹可夫斯基提出螺旋桨旋涡理论以来，螺旋桨计算方法发展已有数十年，基于势流理论而建立升力面理论，面元法等已有相当水平并广泛应用到螺旋桨的设计与预报当中。然而，这些方法的计算过程异常烦琐，需要事先掌握许多预备知识。n-s方程考虑了流体的粘性影响，对于因粘性而产生的桨叶表面边界层的生成、发展、分离桨叶梢涡的形成都有可能预报，但早期的解决方法需要大量的计算，制约了它的应用。现在随着计算机的迅猛发展，已经具备了几年以前还难以想象的计算能力，使得一些比较成熟的船舶性能计算方法，开始在实践中发挥重要的作用^[7]。为实现快速预报螺旋桨敞水性能，并根据需要准确读取指定类型和指定位置的数据，利用 fluent 流体计算软件对螺旋桨敞水实验进行数值模拟，根据数值计算的结果绘制敞水性能曲线。在众多的cfd软件中, fluent是市场占有率最高的软件^[8]，可以解决的流体力学问题包括对螺旋桨的数值模拟，成本低、周期短，能获得完整的数据，能模拟出实际运行过程中各种测量数据的状态 ^[9]。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：

2、建立船舶螺旋桨的三维模型。

3. 研究计划与安排

（1）2019/2/18-2019/3/9：确定选题，查阅相关文献，撰写开题报告，完成外文资料翻译。初步完成实验方案。

（2）2019/3/10-2019/4/14：，建立船舶模型，利用ansys对所建模型进行网格划分。

（3）2019/4/15-2019/5/5：画出压力云图、速度矢量图，进行计算。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] fossen t i, pettersenk y, galeazzi r. line-of-sight path following for dubins paths with adaptivesideslip compensation of drift forces[j]. ieee transactions on control systemstechnology, 2015,23(2):820-827