技术特征：
1.一种桨-轴耦合系统双向流固耦合数值模拟方法，其特征是：(1)进行螺旋桨流场部分数值建模，根据输入的螺旋桨几何模型确定流场域范围，进行流场域的空间离散，定义流场中的边界条件，为螺旋桨cfd模拟做好前处理准备；(2)进行轴系动力学部分数值建模，根据输入的轴系几何与材料参数建立轴系动力学数值模型，将轴承支撑等效为刚度与阻尼加载到模型中；(3)在流场求解器中导入步骤(1)、步骤(2)建立的模型，其中轴系动力学部分通过二次开发的程序导入求解器，在进行编译后实现同一求解器内流场与结构场的双向耦合计算；(4)进行桨-轴耦合系统双向流固耦合数值模拟，在每一个时间步的流场计算结束后提取螺旋桨激励，将其加载到轴系动力学模型中进行响应计算，再将得到的响应结果通过螺旋桨质心运动的方式反馈给螺旋桨流场，继续下一时间步的流场计算；在求解过程中实时获取螺旋桨流场激励力与轴系振动位移、速度、加速度结果。2.根据权利要求1所述的一种桨-轴耦合系统双向流固耦合数值模拟方法，其特征是：步骤(1)具体为：首先根据输入的螺旋桨几何模型确定流场域范围，分为内外两个流域进行处理，内部流域模拟螺旋桨旋转，外部流域模拟来流以及轴系振动诱导的运动；随后，进行流场域的空间离散，划分流场计算网格，在该过程中根据螺旋桨尺寸选择网格划分的参数，根据螺旋桨运行的工况以及数值模拟选择的湍流模型选择第一层网格的高度；最后，定义流场中的边界条件，完成螺旋桨cfd模拟的前处理工作，输出流场模型供后续步骤使用。3.根据权利要求1所述的一种桨-轴耦合系统双向流固耦合数值模拟方法，其特征是：步骤(3)具体为：a、建立螺旋桨与轴系动力学耦合数值模型：完成建模过程后，将模型中的质量、刚度、阻尼矩阵输出至下一步；b、在流场模拟中提取螺旋桨流体激励力：在每一个时间步的流场模拟结束后提取桨叶上每一个单元面上所受的压力，按照笛卡尔坐标下的6个自由度进行积分得到该时间步下的流体激励力与力矩，将得到的激励传递给动力学响应求解模块，等待下一个时间步的流场求解完成后重复上述的过程；c、基于newmark-β法进行轴系强迫振动响应求解：结合得到的轴系动力学模型与螺旋桨流体激励，同时计算轴系质量不平衡激励，将系统的质量、刚度、阻尼矩阵以及激励数据输入到轴系强迫振动响应求解模块中，经过计算得到该时间步下的轴系动力学响应；d、利用螺旋桨质心运动对流场进行反馈作用：在得到轴系动力学响应后，一方面将响应结果与激励结果一同输出到文档，另一方面实现动力学响应对螺旋桨流场的反馈作用，并开始下一时间步的流场模拟；提取动力学响应结果中螺旋桨位置处的振动速度结果，将其赋予螺旋桨流场模型中所对应的流体域，在下一个时间步的流场模拟中，螺旋桨在转动的同时伴随有以上一时间步求得的振速为速度的平动，实现轴系动力学对螺旋桨流场的反馈作用。
技术总结
本发明的目的在于提供一种桨-轴耦合系统双向流固耦合数值模拟方法，包括如下步骤：进行螺旋桨流场部分数值建模；进行轴系动力学部分数值建模；在流场求解器中导入建立的模型，其中轴系动力学部分通过二次开发的程序导入求解器，在进行编译后实现同一求解器内流场与结构场的双向耦合计算；进行桨-轴耦合系统双向流固耦合数值模拟，在求解过程中实时获取螺旋桨流场激励力与轴系振动位移、速度、加速度结果。本发明综合考虑了非均匀来流、螺旋桨流场激励与轴系质量不平衡激励等条件，对耦合系统动力学进行高效、准确的数值模拟，为研究耦合系统在多种复杂激励条件下的瞬态动力学响应特性服务。应特性服务。应特性服务。
技术研发人员：李玩幽 孟长霖 简洁 董烈祎 逯亚坤 率志君 郭宜斌 王东华
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2022.11.09
技术公布日：2023/3/7