式】三不同的是，本實施方式的提高復(fù)合材料螺旋槳流固耦合計算精 度的方法，步驟三所述采用基于RANS方程的計算流體力學(xué)軟件，進行設(shè)置復(fù)合材料螺旋槳 水動力性能求解參數(shù)、定義流固耦合面以及設(shè)置求解時間步的過程為，
[0045]采用基于RANS方程的計算流體力學(xué)軟件設(shè)置復(fù)合材料螺旋槳水動力性能求解參 數(shù)，采用κ-w SST湍流模型求解，RANS方程為：
[0046]
[0047]其中，P表示流體密度;p表示壓力;Xi表示X軸上的變量;Xj表示Y軸上的變量;Si表 示廣義源項;m表示X軸方向速度;Uj表示Y軸方向速度；
[0048]設(shè)置邊界條件，螺旋槳流域入口處設(shè)置為速度入口，根據(jù)螺旋槳工況設(shè)置來流速 度；出口處設(shè)置為壓力出口，出口壓力設(shè)置為零；定義復(fù)合材料螺旋槳槳葉面為流固耦合 面；
[0049 ] 設(shè)置流體計算時間步to及步長m，則總時間ta=m*to。
【具體實施方式】 [0050] 五：
[0051] 與【具體實施方式】一、二或四不同的是，本實施方式的提高復(fù)合材料螺旋槳流固耦 合計算精度的方法，步驟六所述在結(jié)構(gòu)求解器中定義固定約束條件、定義流固耦合面、設(shè)置 求解時間步中，定義固定約束條件是將槳葉和槳轂的接觸面定義為固定約束條件，定義流 固耦合面是將復(fù)合材料螺旋槳槳葉定義為流固耦合面，設(shè)置求解時間步是指設(shè)置結(jié)構(gòu)求解 時間步為to和終止所需總時間為ta。
[0052]【具體實施方式】六：
[0053]與【具體實施方式】五不同的是，本實施方式的提高復(fù)合材料螺旋槳流固耦合計算精 度的方法，步驟七所述的建立復(fù)合材料螺旋槳流固耦合計算方程，所述復(fù)合材料螺旋槳流 固耦合方程為：
[0054]
[0055] 其中，[Κι]為線性剛度矩陣，[Κο]為初始位移矩陣，[Kg]為幾何矩陣，[Kr]為旋轉(zhuǎn)剛 度矩陣，{u}為位移向量，[N]為位移插值函數(shù)矩陣，s為外法向量，dA為流體和固體耦合面， Pv為葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的水動壓力，Pr為葉片彈性變形產(chǎn)生的水動壓力，{FMt}為外力，{F r}為離 心載荷。
【具體實施方式】 [0056] 七：
[0057] 與【具體實施方式】一、二、四或六不同的是，本實施方式的提高復(fù)合材料螺旋槳流固 耦合計算精度的方法，步驟七所述的定義流固耦合面及耦合順序，設(shè)置流固耦合計算時間 步及結(jié)束時間中，定義流體中的耦合面為流固耦合面1，結(jié)構(gòu)中的耦合面為流固耦合面2,耦 合順序從耦合面1到耦合面2;
[0058] 設(shè)置流固耦合計算時間步及結(jié)束時間是指設(shè)置流固耦合求解時間步為to和終止 所需總時間為ta。
【具體實施方式】 [0059] 八：
[0060] 與【具體實施方式】一、二、四或六不同的是，本實施方式的提高復(fù)合材料螺旋槳流固 耦合計算精度的方法，步驟八所述的在第一個時間步內(nèi)求解復(fù)合材料螺旋槳流固耦合計算 方程，求得復(fù)合材料螺旋槳槳葉變形量和水動力性能時，在第一個時間步內(nèi)，對復(fù)合材料螺 旋槳進行流固耦合計算，求解步驟步驟三和步驟七中的方程；
[0061] 求出復(fù)合材料螺旋槳槳葉變形量和水動力性能。
【具體實施方式】 [0062] 九：
[0063]與【具體實施方式】一、二、四或六不同的是，本實施方式的提高復(fù)合材料螺旋槳流固 耦合計算精度的方法，所述提高復(fù)合材料螺旋槳流固耦合計算精度的方法，步驟九所述根 據(jù)求得的槳葉變形量對流體計算域內(nèi)網(wǎng)格進行重新劃分的過程為，根據(jù)求得的槳葉變形 量，重構(gòu)復(fù)合材料螺旋槳幾何，重新劃分流體計算域內(nèi)網(wǎng)格。
[0064]【具體實施方式】十：
[0065] 與【具體實施方式】一、二、四或六不同的是，本實施方式的提高復(fù)合材料螺旋槳流固 耦合計算精度的方法，步驟十所述調(diào)用編寫的UDF程序，控制變形后復(fù)合材料螺旋槳流體計 算域的邊界層網(wǎng)格時，UDF的主要內(nèi)容包含：
[0066] a、根據(jù)來流工況計算雷諾數(shù)，計算公式為 其中，Va 為進速，η為轉(zhuǎn)速，D為螺旋槳直徑，bo. 75rS〇.75R處葉切面的弦長，μ為水的運動粘性系數(shù)。
[0067] b、計算壁面剪切應(yīng)力，計算公式為：
[0068] c、計算摩擦速度，計算公式為：
[0069] d、計算第一層網(wǎng)格高度值y，計算公式為
[0070] e、控制螺旋槳槳葉表面邊界層層數(shù)及第一層網(wǎng)格高度，高度值為y。
[0071] 實施例1:
[0072] 提高復(fù)合材料螺旋槳流固耦合計算精度的方法，
[0073]步驟一、使用三維CAD建模軟件建立復(fù)合材料螺旋槳的幾何模型，復(fù)合材料螺旋槳 所在的坐標(biāo)系為笛卡爾坐標(biāo)系，取X軸為螺旋槳的旋轉(zhuǎn)軸，X軸正方向為來流方向，Y軸為螺 旋槳主槳葉所在的坐標(biāo)軸，Z軸遵守右手定則。
[0074]步驟二、在網(wǎng)格處理器ICEM中為復(fù)合材料螺旋槳創(chuàng)建流體計算域并劃分網(wǎng)格;流 體計算域分為外域和內(nèi)域；內(nèi)域為包含螺旋槳的旋轉(zhuǎn)區(qū)域，采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分;外域為靜 止區(qū)域，采用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分;并在ICEM中檢查網(wǎng)格質(zhì)量，定義網(wǎng)格邊界;將劃分的網(wǎng)格導(dǎo)入 網(wǎng)格處理器Tgrid中，劃分復(fù)合材料螺旋槳槳葉表面邊界層網(wǎng)格。
[0075]步驟三、采用基于RANS方程的計算流體力學(xué)軟件FLUENT，設(shè)置復(fù)合材料螺旋槳水 動力性能求解參數(shù):求解模式選用瞬態(tài)，湍流模型選擇為K-w SST，螺旋槳流域入口處設(shè)置 為速度入口，根據(jù)螺旋槳工況設(shè)置來流速度；出口處設(shè)置為壓力出口，出口壓力設(shè)置為零， 定義復(fù)合材料螺旋槳槳葉面為流固耦合面，設(shè)置求解時間步to及步長m，則總時間^=!11襯 0。 [0076]步驟四、在ACP中定義纖維增強材料的彈性常數(shù)、鋪層角度，對螺旋槳槳葉進行鋪 層，鋪層后生成含有復(fù)合材料屬性及鋪層特性的復(fù)合材料螺旋槳槳葉網(wǎng)格文件；
[0077]步驟五、在有限元軟件中劃分槳轂有限元網(wǎng)格；
[0078] 步驟六、合并槳葉復(fù)合材料網(wǎng)格與槳轂網(wǎng)格，在結(jié)構(gòu)求解器中將槳葉和槳轂的接 觸面定義為固定約束條件固定約束條件、定義螺旋槳槳葉面為流固耦合面、設(shè)置求解時間 步10和總時間步ta ;
[0079] 步驟七、在有限元分析軟件中建立復(fù)合材料螺旋槳流固耦合計算方程，定義流體 中的耦合面為流固耦合面1，結(jié)構(gòu)中的耦合面為流固耦合面2,耦合順序從耦合面1到耦合面 2;設(shè)置流固耦合求解時間步為to和終止所需總時間為t a。其中，復(fù)合材料螺旋槳流固耦合方 程為：
[0080]
[0081 ]其中，[Κι]為線性剛度矩陣，[Ko]為初始位移矩陣，[Kg]為幾何矩陣，[Kr]為旋轉(zhuǎn)剛 度矩陣，{u}為位移向量，[N]為位移插值函數(shù)矩陣，s為外法向量，dA為流體和固體耦合面， Pv為葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的水動壓力，Pr為葉片彈性變形產(chǎn)生的水動壓力，{FMt}為外力，{Fr}為離 心載荷。
[0082]步驟八、在第一個時間步內(nèi)求解復(fù)合材料螺旋槳流固耦合計算方程，求得復(fù)合材 料螺旋槳槳葉變形量和水動力性能；
[0083] 步驟九、根據(jù)求得的槳葉變形量。重構(gòu)變形后的復(fù)合材料螺旋槳幾何，并對流體計 算域內(nèi)網(wǎng)格進行重新劃分；
[0084] 步驟十、調(diào)用編寫的UDF程序，控制變形后復(fù)合材料螺旋槳流體計算域的邊界層網(wǎng) 格;UDF的主要內(nèi)容包含：
[0085] a、根據(jù)來流工況計算雷諾數(shù)，計算公式為：
：其中，Va 為進速，η為轉(zhuǎn)速，D為螺旋槳直徑，bo. 75rS〇.75R處葉切面的弦長，μ為水的運動粘性系數(shù)。
[0086] b、計算壁面剪切應(yīng)力，計算公式為