[发明专利]一种考虑不确定性因素的扭曲舵优化设计方法

说明书

本发明涉及一种考虑不确定性因素的扭曲舵优化设计方法，包括：进行不同工况的桨后流场仿真，仿真采用不带舵的全附体船舶模型，获得沿舵杆不同位置处的理论偏转角度θ_i；根据不同工况的重要程度确定权重系数w_i，采用加权平均方法计算舵杆不同位置处的加权后的偏转角度θ'；通过回调系数对所述加权后的偏转角度θ'进行修正，得到舵杆不同位置处的修正后的偏转角度θ”；光顺舵杆不同位置处修正后的偏转角度θ”，得到设计偏转角度，将舵杆不同位置处的舵剖面按设计偏转角度偏转，通过扫略建立扭曲舵的三维几何模型；对扭曲舵进行CFD流场仿真，检验抗空化效果。本发明方法考虑了船‑桨‑附体相互作用、不确定性因素影响和多工况均衡对扭曲舵的设计需求。

技术领域

本发明涉及船舶总体设计技术领域，具体涉及一种考虑不确定性因素的扭曲舵优化设计方法。

背景技术

扭曲舵是一种特殊形式的舵。早在二十世纪三十年代J.Turin就提出了扭曲舵的思想，从20世纪30年代至今一直有人从事这方面的理论和实验研究工作。其基本思想是通过舵形状的改变，使之与螺旋桨尾流场的配合更加合理。Yang T.Shen针对伯克级驱逐舰的空泡剥蚀问题设计了以减少舵表面空蚀面积的扭曲舵，显著减弱了推进器对舵的水流冲击，并减少紊流，从而降低空泡对舵表面的剥蚀，美国海军开展的空泡水洞模型试验结果表明，在航速超过30节时舵才出现空泡现象，而该舰原有的舵在23节时就已出现空泡，实船试验结果也验证了设计的有效性。

目前扭曲舵的设计大多采用势流方法或者粘流方法对敞水桨进行仿真，并根据仿真得到的流场进行扭曲舵的设计，如叶金铭等的研究。目前的扭曲舵设计方法存在以下几方面的不足：一是，上述方法采用的是简化的模型，无法考虑船体、附体和桨的相互作用、黏性作用和自由液面的影响，因而得到的输入不够精确；二是，受目前仿真能力的制约，无法考虑尺度效应等因素的影响，对复杂艉流场下的大攻角失速现象模拟不够精确，导致设计状态与实船状态存在偏差；三是，目前仅针对设计点进行扭曲舵的设计，未考虑其他状态的兼容性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种考虑不确定性因素的扭曲舵优化设计方法，该方法考虑了船-桨-附体相互作用、不确定性因素影响和多工况均衡对扭曲舵的设计需求。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种考虑不确定性因素的扭曲舵优化设计方法，包括以下步骤：

S1、进行不同工况的桨后流场仿真，仿真采用不带舵的全附体船舶模型，包含了除舵之外的全部附体，采用RBM方法结合滑移网格技术完成螺旋桨在船后附体环境下的CFD流场仿真，通过仿真获得沿舵杆不同位置处的理论偏转角度θ_i；

S2、根据不同工况的重要程度确定权重系数w_i，采用加权平均方法计算舵杆不同位置处的加权后的偏转角度θ'；

S3、通过回调系数对所述加权后的偏转角度θ'进行修正，得到舵杆不同位置处的修正后的偏转角度θ”；所述回调系数包括尺度效应的影响、CFD计算误差的影响和复杂海况下其他因素的影响；

S4、光顺步骤S3中得到的舵杆不同位置处修正后的偏转角度θ”，得到设计偏转角度，将舵杆不同位置处的舵剖面按设计偏转角度偏转，通过扫略建立扭曲舵的三维几何模型；

S5、对设计得到的扭曲舵进行CFD流场仿真，仿真方法同S1，获取其表面压力分布，检验抗空化效果。

上述方案中，步骤S1中，所述不同工况包括不同航速和不同载况。