刘影, 张晶, 吴钦, 张汉哲, 黄彪

(北京理工大学 机械与车辆学院，北京 100081)

传统金属螺旋桨存在阻尼性能差，易产生振动及噪声、易空蚀、易疲劳破坏等问题，这直接影响到螺旋桨服役寿命和军用舰船的生存能力[1].复合材料具有高阻尼、轻质高强、耐腐蚀、可设计性强等优点，且可通过改变纤维铺层角度及方式来控制结构变形，因此应用复合材料制造螺旋桨为改善其水动力性能及结构特性提供了新的契机[2-3].

为探究复合材料对螺旋桨性能的改善效果，Young[4]将边界元法与有限元法相结合，进行复合材料螺旋桨水动力数值计算，对螺旋桨尺寸效应、弯扭耦合效应及推进效率进行分析，结果表明有限元法可以很好地计算结构响应且精度较高，边界元法计算速度快但精度稍逊，复合材料特有的各向异性可以提高螺旋桨自适应性并改善螺旋桨推进性能.He等[5]基于较高精度的CFD耦合FEM方法对复合材料螺旋桨展开计算，结果表明复合材料螺旋桨的水弹性及结构响应均大于金属螺旋桨，且变形后的螺旋桨外形对流场有较大影响.洪毅[6]应用商业软件ANSYS，根据有限元原理对复合材料螺旋桨进行铺层建模，分析了该螺旋桨的敞水性能、刚度及强度，采用预变形策略并结合稳态流固耦合计算结果，实现了复合材料螺旋桨的外形重构和性能优化.由于复合材料良好的可设计性为结构性能优化提供了契机，大量学者针对不同铺层方式的复合材料……