自由狀態(tài)冰對(duì)螺旋槳水動(dòng)力性能的影響

王超， 宋梅筠， 汪春輝， 李興， 徐佩

(哈爾濱工程大學(xué) 船舶工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150001)

船舶在極地航行時(shí)的工況十分復(fù)雜，常出現(xiàn)碎冰沿底部滑動(dòng)至船艉對(duì)螺旋槳產(chǎn)生干擾的現(xiàn)象，因此在設(shè)計(jì)極區(qū)螺旋槳時(shí)，必須考慮自由運(yùn)動(dòng)的浮冰對(duì)螺旋槳水動(dòng)力性能的影響。自由狀態(tài)冰對(duì)螺旋槳水動(dòng)力性能的影響分為接觸干擾與非接觸干擾，其中冰塊的位置、進(jìn)流的速度都與冰槳間的非接觸干擾有關(guān)。對(duì)于冰槳間的非接觸干擾，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開展了很多研究工作。Shih 等[1]基于2D面元法對(duì)冰阻塞工況和敞水工況下螺旋槳的水動(dòng)力性能進(jìn)行了計(jì)算對(duì)比，發(fā)現(xiàn)冰阻塞工況下螺旋槳葉元體的最大升力系數(shù)和最大阻力系數(shù)都會(huì)大幅增加，最多可至敞水工況的5.78倍；Yamaguchi[2]通過推導(dǎo)得出了一種改進(jìn)升力面方法并進(jìn)行了實(shí)踐計(jì)算，認(rèn)為該方法適用于冰槳非接觸工況下螺旋槳的水動(dòng)力性能計(jì)算；Bose[3]利用3D非定常邊界元法模擬了冰阻塞流下螺旋槳的水動(dòng)力性能，并將3D面元法的計(jì)算結(jié)果和Luznik等[4]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)在冰槳非接觸工況下，冰槳間距這一因素對(duì)螺旋槳水動(dòng)力性能有較大影響；Veitch[5]建立了一種用于計(jì)算冰槳接觸工況下螺旋槳的表面應(yīng)力與冰塊運(yùn)動(dòng)的新模型，該模型主要針對(duì)船舶大側(cè)斜槳與水下冰塊的相互作用關(guān)系這一問題；Walker[6]將冰槳干擾載荷分為接觸載荷和非接觸載荷，認(rèn)為非接觸載荷在碎冰后方的尾流場(chǎng)區(qū)域中會(huì)達(dá)到和接觸載荷相同的量級(jí)。Liu等[7]開發(fā)了基于3-D邊界元法的計(jì)算程序PROPELLA，并在此基礎(chǔ)上添加了冰塊的輸入模塊，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比證明其數(shù)值結(jié)果能較好地吻合實(shí)際情況；隨后Liu等[8]對(duì)破冰螺旋槳進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究，并對(duì)3D面元法程序進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后該程序具備了大幅縮短螺旋槳設(shè)計(jì)過程的能力。王國(guó)亮[9]將勢(shì)流理論面元法、粘流CFD技術(shù)及模型試驗(yàn)相結(jié)合，探討并驗(yàn)證了冰的幾何參數(shù)空間位置對(duì)螺旋槳水動(dòng)力性能的影響規(guī)律；常欣等[10]使用重疊網(wǎng)格模擬了不同空間位置條件下的冰槳間非接觸干擾；王超等[11]也已經(jīng)開展過非接觸工況下冰槳干擾水動(dòng)力載荷的實(shí)驗(yàn)研究，建立了冰槳干擾實(shí)驗(yàn)臺(tái)并驗(yàn)證了其可行性；武坤等[12]設(shè)計(jì)試驗(yàn)對(duì)比了均流和冰阻塞條件下的螺旋槳模型水動(dòng)力性能；郭春雨等[13]以試驗(yàn)手段探究了固定位置的模型冰處于不同空間位置時(shí)對(duì)螺旋槳水動(dòng)力性能影響的區(qū)別；李興等[14]已經(jīng)采用DFBI運(yùn)動(dòng)模型對(duì)冰槳非接觸作用下螺旋槳對(duì)自由狀態(tài)冰的運(yùn)動(dòng)軌跡的干擾展開了相關(guān)研究。

目前，在試驗(yàn)方面與數(shù)值模擬方面都已經(jīng)有了不少關(guān)于冰槳間非接觸干擾的研究，但其中絕大多數(shù)都在一定程度上簡(jiǎn)化了冰塊的運(yùn)動(dòng)，僅孤立地研究固定在某個(gè)空間位置的冰塊，與真實(shí)工況差別較大。因此，本文通過CFD方法模擬并分析不同進(jìn)速系數(shù)下自由狀態(tài)冰塊對(duì)螺旋槳水動(dòng)力性能的影響，對(duì)冰塊的位移以及由冰塊的位移帶來的流場(chǎng)變化進(jìn)行比對(duì)與分析。

1 冰漿計(jì)算模型設(shè)置

1.1 計(jì)算原理

動(dòng)態(tài)流體-固體相互作用(dynamic fluid body interaction，DFBI)是指在流體中運(yùn)動(dòng)的過程中，對(duì)物體受到的流體動(dòng)力的作用影響積分得出其運(yùn)動(dòng)的過程[15]。重疊網(wǎng)格由Steger在20世紀(jì)50年代提出的[16]，在解決不同區(qū)域的相互運(yùn)動(dòng)時(shí)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

本文采用STAR-CCM+軟件，使用DFBI與重疊網(wǎng)格進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。其中，自由狀態(tài)冰塊在水中所受合力為：

f=fr(fp+fτ+fg+∑fext)

(1)

n=fr(np+nτ+∑next)

(2)

式中：fτ和nτ為作用于物體的剪力和剪力矩；fp與np為作用于物體的力和力矩；fg為物體的重力；fr是一個(gè)階躍函數(shù)：

(3)

式中：ts為指定釋放時(shí)間；tr為釋放時(shí)間。

1.2 計(jì)算模型

本文采用由R-class破冰船螺旋槳[17]改進(jìn)而來的ICEPROPELLER螺旋槳[11]和中國(guó)船級(jí)社規(guī)范中強(qiáng)度校核推薦使用的長(zhǎng)方體冰塊模型。為了減少計(jì)算量，本文中將冰塊與螺旋槳按20∶1進(jìn)行了縮小?？s小后冰塊尺寸為0.075 m×0.15 m×0.225 m，螺旋槳的直徑D=0.2 m，主要參數(shù)如表1所示。在計(jì)算中需要先建立一個(gè)局部坐標(biāo)系，原點(diǎn)選在冰塊的質(zhì)心，遵從右手坐標(biāo)系，冰槳相對(duì)位置如圖1所示。在釋放冰塊前需要對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行1 s的穩(wěn)態(tài)計(jì)算來使流場(chǎng)趨于穩(wěn)定，之后再釋放冰塊，釋放過程中調(diào)用DFBI模塊，并將冰塊的運(yùn)動(dòng)設(shè)定為自由運(yùn)動(dòng)。

表1 ICEPROPELLER螺旋槳模型主要參數(shù)

圖1 冰槳局部坐標(biāo)系Fig.1 Ice-propeller local coordinate system

為了正確地模擬冰塊受力狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)情況，除了重力，還需要設(shè)定冰塊的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量矩陣。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量矩陣中各個(gè)變量的定義如下:

(4)

1.3 網(wǎng)格劃分

首先建立一個(gè)被稱之為大域的圓柱體靜止域，其中心位于坐標(biāo)原點(diǎn)，直徑為6倍螺旋槳直徑。將大域前端設(shè)置為速度進(jìn)口，后端為壓力出口，前端離原點(diǎn)的距離為6倍螺旋槳直徑，后端為10倍。同時(shí)，在坐標(biāo)中心建立一個(gè)由導(dǎo)入的螺旋槳表面和圓柱體組成的旋轉(zhuǎn)域，圓柱直徑為1.5倍螺旋槳直徑，前后表面以YOZ平面對(duì)稱，均距離坐標(biāo)軸原點(diǎn)0.5倍螺旋槳直徑。冰塊在(-0.5, 0.1,0)的位置釋放。靜止域、旋轉(zhuǎn)域以及冰塊區(qū)域如圖2所示。

圖2 計(jì)算域劃分Fig.2 Computational domain partition graph

使用六面體網(wǎng)格劃分大域、旋轉(zhuǎn)域以及冰塊域，旋轉(zhuǎn)域和冰塊域的外表面的邊界類型設(shè)定為重疊網(wǎng)格?；趯?duì)冰塊持續(xù)運(yùn)動(dòng)的計(jì)算需求，對(duì)其運(yùn)動(dòng)區(qū)域進(jìn)行加密，冰塊運(yùn)動(dòng)加密區(qū)為一個(gè)中心位于坐標(biāo)原點(diǎn)、能包住螺旋槳以及冰塊運(yùn)動(dòng)區(qū)域的圓柱體，如圖3所示。

圖3 截面加密Fig.3 Section diagram

此外，還要細(xì)化冰塊和螺旋槳的表面網(wǎng)格，特別是螺旋槳的導(dǎo)邊以及隨邊。冰塊以及螺旋槳表面網(wǎng)格如圖4所示。

2 計(jì)算驗(yàn)證與結(jié)果分析

2.1 實(shí)驗(yàn)流程

為了驗(yàn)證計(jì)算方法的正確性，本文選取1組工況在哈爾濱工程大學(xué)循環(huán)水槽進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，與數(shù)值模擬對(duì)比分析。

圖4 螺旋槳面網(wǎng)格與冰塊網(wǎng)格Fig.4 Propeller surface mesh and ice mesh

該實(shí)驗(yàn)選擇循環(huán)水槽主要是因?yàn)檠h(huán)水槽中測(cè)試模型沒有前進(jìn)速度而周圍流場(chǎng)以指定速度持續(xù)運(yùn)動(dòng)的狀況與計(jì)算模擬條件較為接近，且不受實(shí)驗(yàn)時(shí)間的限制，能較好地控制環(huán)境條件和實(shí)驗(yàn)過程，實(shí)驗(yàn)效率和精度較高。同時(shí)，循環(huán)水槽的寬度與深度遠(yuǎn)大于6倍螺旋槳直徑，對(duì)水動(dòng)力性能影響可忽略[18]。

實(shí)驗(yàn)中采用的裝置如圖5所示。根據(jù)現(xiàn)有研究，槳轂形狀對(duì)總體水動(dòng)力性能影響較小，且主要集中于葉根處[19]，對(duì)本文研究?jī)?nèi)容影響可忽略。

圖5 實(shí)驗(yàn)設(shè)備Fig.5 Experimental equipment

實(shí)驗(yàn)的工況設(shè)置如下：來流速度0.6 m/s，螺旋槳轉(zhuǎn)速600 r/m。進(jìn)速系數(shù)計(jì)算：

(5)

式中：J為進(jìn)速系數(shù)；n為螺旋槳轉(zhuǎn)速；V為來流速度；D為螺旋槳直徑。

由式(5)可得，本次實(shí)驗(yàn)的進(jìn)速系數(shù)J=0.3。

實(shí)驗(yàn)時(shí)，正確安裝實(shí)驗(yàn)設(shè)備，確保高速攝像機(jī)的拍攝區(qū)域能重疊地捕捉到螺旋槳及冰塊運(yùn)動(dòng)區(qū)域，滿足后期處理要求。

裝置全部安裝完畢后，先啟動(dòng)機(jī)器使水流的來流速度與螺旋槳轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)定值并保持穩(wěn)定數(shù)秒，再通過單塊碎冰釋放裝置釋放冰塊，并同時(shí)啟動(dòng)高速攝像機(jī)進(jìn)行記錄。冰塊在經(jīng)過實(shí)驗(yàn)捕捉區(qū)域后，由后方足夠遠(yuǎn)處的碎冰回收裝置進(jìn)行回收。

在進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和分析時(shí)使用了運(yùn)動(dòng)跟蹤處理器(qualisys track manager，QTM)，利用2臺(tái)高清攝像機(jī)捕捉被測(cè)物體上預(yù)先設(shè)置的標(biāo)志物的位置，通過相關(guān)計(jì)算來求得物體的實(shí)時(shí)位置信息。

2.2 計(jì)算驗(yàn)證

數(shù)值模擬中，先將冰塊固定0.6 s，流場(chǎng)趨于穩(wěn)定后再釋放冰塊，直到冰塊與螺旋槳發(fā)生碰撞，停止模擬。實(shí)驗(yàn)過程如圖6所示。

接下來將從冰對(duì)槳的影響、槳對(duì)冰的影響2方面出發(fā)，對(duì)實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

圖6 實(shí)驗(yàn)過程Fig.6 Experimental process diagram

如圖7可見，數(shù)值模擬中在冰塊距離螺旋槳較遠(yuǎn)時(shí)，推力T、扭矩Q均為較為穩(wěn)定數(shù)值。冰塊離螺旋槳較近時(shí)，由于冰塊的阻塞使流場(chǎng)發(fā)生變化，T、Q均圍繞平均值開始劇烈波動(dòng)。

圖7 推力、扭矩隨時(shí)間變化曲線Fig.7 T, Q curve with time

將數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)的結(jié)果分別代入推力系數(shù)KT和扭矩系數(shù)KQ的公式進(jìn)行計(jì)算得表2，數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)的水動(dòng)力系數(shù)誤差均在9%以內(nèi)。

表2 數(shù)值模擬與敞水實(shí)驗(yàn)KT、KQ平均值

實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬結(jié)果以冰塊在x-z平面內(nèi)的位移變化進(jìn)行分析和對(duì)比。如圖8所示。

圖8 數(shù)值模擬與敞水實(shí)驗(yàn)的冰塊位移對(duì)比Fig.8 Comparison of ice displacement between numerical simulation and open water experiment

從圖8可以看出，在冰塊運(yùn)動(dòng)軌跡方面，實(shí)驗(yàn)值與模擬值誤差較小，變化趨勢(shì)一致。在x=0.2 m左右，實(shí)驗(yàn)先于數(shù)值模擬發(fā)生了冰塊與螺旋槳的撞擊，使冰塊的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了較大改變，這一點(diǎn)在圖中x=0.2 m處實(shí)驗(yàn)值的增加量突然變大可以體現(xiàn)出，這一現(xiàn)象與數(shù)值模擬結(jié)果存在一定誤差，主要是由于實(shí)驗(yàn)中螺旋槳槳葉位置存在一定隨機(jī)性，影響碰撞現(xiàn)象發(fā)生的時(shí)間，從總體上來看，數(shù)值模擬與真實(shí)現(xiàn)象的誤差在可接受范圍內(nèi)，可以較為真實(shí)地模擬自由狀態(tài)冰對(duì)流場(chǎng)以及螺旋槳水動(dòng)力性能的影響，具有參考價(jià)值。

2.3 進(jìn)速對(duì)螺旋槳水動(dòng)力性能變化

本文通過式(5)確定進(jìn)速與進(jìn)速系數(shù)的關(guān)系，通過改變大域進(jìn)口的進(jìn)速V來改變進(jìn)速系數(shù)J，共選取了4個(gè)進(jìn)速系數(shù)(J=0.2、0.4、0.6、0.8)。

由圖9可以看出，當(dāng)冰塊距螺旋槳較遠(yuǎn)時(shí)，螺旋槳的推力系數(shù)和扭矩系數(shù)較為穩(wěn)定，而當(dāng)冰塊逐漸接近螺旋槳時(shí)會(huì)對(duì)螺旋槳的流場(chǎng)產(chǎn)生較大影響，水動(dòng)力曲線發(fā)生明顯跳躍，整體上，螺旋槳的推力系數(shù)和扭矩系數(shù)隨進(jìn)速系數(shù)增大而下降，且在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行波動(dòng)，隨進(jìn)速系數(shù)逐漸變大，波動(dòng)過程中推力系數(shù)KT逐漸高于敞水曲線，且隨著進(jìn)速系數(shù)變大而愈發(fā)明顯。

大多數(shù)情況下，螺旋槳的推力系數(shù)低于敞水工況，扭矩系數(shù)大于敞水工況，但隨著冰塊在運(yùn)動(dòng)過程中越來越靠近螺旋槳，螺旋槳的推力與扭矩系數(shù)有可能大于敞水工況下的值。當(dāng)J=0.2時(shí)，KT、KQ曲線均在冰塊接近螺旋槳時(shí)表現(xiàn)出了遵循螺旋槳旋轉(zhuǎn)周期的波動(dòng)，但并未出現(xiàn)明顯的上升或下降趨勢(shì)；當(dāng)J=0.4時(shí)，水動(dòng)力曲線在冰塊靠近螺旋槳時(shí)出現(xiàn)了波動(dòng)上升的趨勢(shì)；當(dāng)J=0.6和J=0.8時(shí)，水動(dòng)力曲線呈現(xiàn)出明顯的先上升后波動(dòng)的趨勢(shì)。

圖9 不同進(jìn)速系數(shù)下的KT、KQ曲線Fig.9 KTand KQ curves with different speed coefficient

綜合分析，冰塊后同時(shí)存在“加速區(qū)”和“阻塞區(qū)”，當(dāng)冰塊離螺旋槳較遠(yuǎn)時(shí)，螺旋槳主要受其后方的加速區(qū)的影響，槳前來流整體加速，導(dǎo)致其推力系數(shù)和扭矩系數(shù)會(huì)下降，低于敞水工況；當(dāng)冰塊逐漸靠近螺旋槳，冰塊的阻塞效應(yīng)會(huì)明顯超過其加速效應(yīng)，使槳前來流速度小于敞水工況，因此推力系數(shù)和扭矩系數(shù)會(huì)變大；隨著進(jìn)速系數(shù)的增加，阻塞區(qū)的影響會(huì)隨之增大，體現(xiàn)為推力系數(shù)和扭矩系數(shù)的上升趨勢(shì)在數(shù)值上的增大和在時(shí)間上的提前。當(dāng)冰塊充分接近螺旋槳時(shí)，推力系數(shù)和扭矩系數(shù)曲線會(huì)出現(xiàn)顯著的波動(dòng)，波動(dòng)周期與螺旋槳旋轉(zhuǎn)周期在時(shí)間上呈現(xiàn)出一致性，因此可認(rèn)為該震蕩是加速效應(yīng)與阻塞效應(yīng)同時(shí)作用于螺旋槳盤面，使螺旋槳流場(chǎng)不均勻造成的。

綜上所述，自由運(yùn)動(dòng)冰塊對(duì)螺旋槳的影響可分為阻塞效應(yīng)、加速效應(yīng)，以及某些時(shí)刻由于加速效應(yīng)與阻塞效應(yīng)同時(shí)作用于螺旋槳盤面導(dǎo)致的流場(chǎng)不均勻造成的影響。

2.4 螺旋槳水動(dòng)力性能波動(dòng)情況

由圖9可得，絕大多數(shù)情況下螺旋槳的推力系數(shù)會(huì)明顯低于敞水工況。從數(shù)值上來分析，分別提取出各個(gè)進(jìn)速系數(shù)下螺旋槳的推力系數(shù)的最大和最小值，將其差值與最大值的比值看作是推力系數(shù)的波動(dòng)百分比，如表3所示?？梢钥闯?，低進(jìn)速下螺旋槳的推力系數(shù)波動(dòng)比較小，隨著進(jìn)速系數(shù)增加，推力系數(shù)波動(dòng)比會(huì)逐漸增大，這是因?yàn)樵诟哌M(jìn)速下，冰塊后方存在一定的渦脫落現(xiàn)象，且這種脫落在高進(jìn)速下比較明顯，這使流場(chǎng)變化較大，最終導(dǎo)致螺旋槳的推力系數(shù)變化較大。此外，在高進(jìn)速工況下有冰干擾的螺旋槳推力系數(shù)會(huì)超過敞水工況，因此在螺旋槳阻塞效應(yīng)明顯的情況下，提高進(jìn)速系數(shù)會(huì)使得螺旋槳的推力系數(shù)有所提高。

表3 KT波動(dòng)比Table 3 KT fluctuation ratio

2.5 某時(shí)刻不同進(jìn)速下冰槳之間流場(chǎng)

圖10是時(shí)間t=1.4 s時(shí)不同進(jìn)速下冰槳相互作用下的流場(chǎng)圖，從圖中可以看出，隨著進(jìn)速系數(shù)的增加，冰塊與螺旋槳的距離會(huì)越來越近，這是由于當(dāng)進(jìn)速系數(shù)增加時(shí)，流體對(duì)冰塊的作用力也會(huì)隨之增加，因此在t相同時(shí)冰塊的運(yùn)動(dòng)距離會(huì)遠(yuǎn)。

圖10 t=1.4 s時(shí)不同進(jìn)速下流場(chǎng)Fig.10 Flow field diagrams at different velocities at t=1.4 s

影響冰塊運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的主要因素為水流的沖擊作用與螺旋槳的抽吸作用，由于冰塊與螺旋槳的位置關(guān)系，在Z方向上，螺旋槳的抽吸作用對(duì)冰塊有一個(gè)前后不均勻的力，而水流的沖擊作用在冰塊發(fā)生偏轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生將冰塊的姿態(tài)糾正回水平的力。因此當(dāng)進(jìn)速系數(shù)較小時(shí)，水流影響較弱，冰塊姿態(tài)主要受螺旋槳的抽吸作用影響，冰塊會(huì)發(fā)生一定的翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象；而當(dāng)進(jìn)速系數(shù)較大時(shí)，水流對(duì)冰塊的沖擊作用較大，且冰塊運(yùn)動(dòng)較快，螺旋槳對(duì)冰塊的影響時(shí)間相對(duì)較短，冰塊的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)變化不明顯。

2.6 冰塊位移變化曲線分析

圖11是變進(jìn)速情況下，冰塊在XYZ3個(gè)方向上的位移曲線。當(dāng)進(jìn)速系數(shù)變大時(shí)，冰塊在各個(gè)方向上的位移都隨之增加，這主要是由于當(dāng)進(jìn)速增加時(shí)，水流對(duì)冰塊的沖擊作用較大，所以在X方向上的位移會(huì)增加；當(dāng)進(jìn)速增加時(shí)，螺旋槳旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)導(dǎo)致冰塊左右和上下的壓差不均勻變大，因此會(huì)導(dǎo)致Y、Z方向的位移增加。

圖11 不同進(jìn)速冰塊位移曲線Fig.11 Displacement Curves of Ice Blocks with Different Forward Velocities

從上述的位移曲線可以看出，冰塊位移以X軸向?yàn)橹?，Y、Z方向位移較小，這說明冰塊主要受到水流沿X方向的沖擊和螺旋槳的抽吸作用，這是在X方向產(chǎn)生位移的主要原因；冰塊在Y方向上主要受到重力和浮力，這也是在Y方向上產(chǎn)生位移的主要原因，從圖11中可以看出，冰塊在Y方向上的位移不大，所以冰塊在垂直方向上的上升并不大；冰塊在運(yùn)動(dòng)過程中所受的側(cè)向力很小，這也說明了在均勻來流下，螺旋槳對(duì)前方的水流不會(huì)有太大的影響，主要會(huì)對(duì)后方水流產(chǎn)生預(yù)旋作用。

3 結(jié)論

1)經(jīng)與實(shí)驗(yàn)值對(duì)比，本文數(shù)值計(jì)算方法可以較好地預(yù)報(bào)非接觸條件下冰槳干擾水動(dòng)力性能和冰的運(yùn)動(dòng)軌跡。

2)自由運(yùn)動(dòng)的冰塊后方存在一定的“加速區(qū)”和“阻塞區(qū)”，當(dāng)這2種區(qū)域同時(shí)作用于螺旋槳槳盤時(shí)，螺旋槳的來流有較大的不均勻性，螺旋槳水動(dòng)力系數(shù)出現(xiàn)周期性震蕩。

3)當(dāng)冰塊較遠(yuǎn)時(shí)，螺旋槳受加速區(qū)影響較大，此時(shí)螺旋槳推力系數(shù)和扭矩系數(shù)會(huì)下降，低于敞水工況；當(dāng)冰塊逐漸靠近螺旋槳，螺旋槳受阻塞區(qū)影響較明顯，此時(shí)推力系數(shù)和扭矩系數(shù)會(huì)上升。

4)隨著進(jìn)速系數(shù)的逐漸增加，總體上螺旋槳的推力系數(shù)和扭矩系數(shù)都會(huì)下降，阻塞區(qū)的影響會(huì)更為顯著，推力系數(shù)和扭矩系數(shù)的上升趨勢(shì)更顯著，上升時(shí)間更長(zhǎng)。

運(yùn)動(dòng)的冰塊對(duì)螺旋槳的水動(dòng)力性能的影響是周期間歇性的，這在螺旋槳旋轉(zhuǎn)過程中會(huì)使推力和扭矩發(fā)生幅度較大的波動(dòng)，可以預(yù)見，當(dāng)螺旋槳轉(zhuǎn)速繼續(xù)提高時(shí)，螺旋槳水動(dòng)力性能將呈現(xiàn)更大的波動(dòng)性，對(duì)船體尾部區(qū)域的振動(dòng)影響會(huì)更加明顯，這是在螺旋槳設(shè)計(jì)過程中需要重點(diǎn)考慮的問題。與現(xiàn)有的研究相比，本文對(duì)冰槳非接觸干擾的研究考慮到了冰在自由狀態(tài)下，受螺旋槳與水流影響的位移，更能反映真實(shí)狀態(tài)。但是，本文采取的變量主要為進(jìn)速系數(shù)，后續(xù)可針對(duì)其余變量以及螺旋槳、冰塊本身的變化進(jìn)行測(cè)試分析。