摘要：船舶航行時(shí),附在轉(zhuǎn)軸上的螺旋槳通常做復(fù)雜的空間運(yùn)動(dòng)。這是因?yàn)橐环矫媛菪龢娃D(zhuǎn)軸不可避免地存在偏心,使得在不平衡激勵(lì)下轉(zhuǎn)軸在繞自身中心線旋轉(zhuǎn)的同時(shí)又發(fā)生空間渦動(dòng)(又稱為進(jìn)動(dòng));另一方面,螺旋槳通常工作在不均勻的流場中(即使來流均勻,軸系渦動(dòng)亦會(huì)導(dǎo)致流場的不均勻),槳葉表面的脈動(dòng)力也會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)軸的空間振動(dòng)。對(duì)具有復(fù)雜三維運(yùn)動(dòng)的螺旋槳的水動(dòng)性能預(yù)報(bào)是一個(gè)難點(diǎn)。本文建立了螺旋槳在流場中隨軸系做復(fù)雜空間運(yùn)動(dòng)時(shí)的水動(dòng)力預(yù)報(bào)數(shù)學(xué)模型,并利用不定常面元法求解了這一問題。該方法按時(shí)間步順序求解,考慮了不均勻流場、軸系振動(dòng)、尾渦的非線性運(yùn)動(dòng)及卷曲等因素。利用本文提出的方法并結(jié)合結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型,可以方便地研究流體-螺旋槳-軸系雙向流固耦合等問題。同時(shí)該方法也可以用來預(yù)報(bào)船舶轉(zhuǎn)彎、船舶升沉及縱搖振蕩、螺旋槳啟停及加速等復(fù)雜工況下的螺旋槳水動(dòng)性能。文中通過一個(gè)算例驗(yàn)證了算法的有效性。最后,預(yù)報(bào)了軸系縱向振動(dòng)幅值為1 mm,振動(dòng)頻率為3 Hz并伴有微量回旋振動(dòng)時(shí)所引起的4381螺旋槳的脈動(dòng)力。研究表明推力脈動(dòng)分量大約為其靜態(tài)分量的4.5/1 000,扭矩脈動(dòng)分量大約為其靜態(tài)分量的4/1 000。