水下航行器泵噴推進(jìn)器設(shè)計方法研究.pdf

1、推進(jìn)器噪聲作為艇體主要輻射噪聲之一,是衡量潛艇性能的重要指標(biāo)。研究實踐表明,泵噴推進(jìn)器通過采用減速導(dǎo)管延遲空泡產(chǎn)生、應(yīng)用定子提高推進(jìn)效率,可以在滿足航速的同時有效的降低噪聲。在國內(nèi),泵噴推進(jìn)器設(shè)計尚處于起步階段,如今,國內(nèi)加快了泵噴推進(jìn)器的研究步伐。本文根據(jù)泵噴推進(jìn)器的特點,結(jié)合螺旋槳環(huán)流設(shè)計理論和軸流泵的升力法,進(jìn)行了泵噴推進(jìn)器設(shè)計及其性能預(yù)報。本文的主要工作如下:
　　(1)以求解最佳環(huán)量分布的變分法為基礎(chǔ),研究了在軸向伴流和

2、周向伴流中有附體干擾時螺旋槳最佳環(huán)量分布的求解方法;根據(jù)軸流泵的基本方程,結(jié)合導(dǎo)管槳特點,對導(dǎo)管槳槳葉設(shè)計的升力法進(jìn)行了研究。
　　(2)基于雙曲低階面元法,研究了槳-附體組合體定常與非定常水動力性能計算方法,在定常計算中,對誘導(dǎo)速度迭代、誘導(dǎo)速度勢迭代和直接求解方法的計算精度進(jìn)行了對比分析;在組合體非定常計算中,通過分別計算螺旋槳與附體的非定常性能至收斂后再考慮它們之間各個時間步誘導(dǎo)速度的方式考慮非定常干擾,通過導(dǎo)管槳非定常計算

3、結(jié)果驗證了計算方法的有效性;研究了面元法中尾渦模型對計算結(jié)果的影響,為了提高槳-附體組合體性能的預(yù)報精度,對組合體中螺旋槳的尾渦模型進(jìn)行了改進(jìn),并驗證了該改進(jìn)方法的有效性。
　　(3)研究了基于面元法的泵噴推進(jìn)器定常及非定常水動力性能的預(yù)報方法,在非定常性能計算中,通過對定子建模方式的處理,極大的減少了非均勻流場中泵噴推進(jìn)器非定常性能計算的運算量;計算分析了泵噴推進(jìn)器的前置定子與后置定子大小、安裝位置、安裝角度,導(dǎo)管長徑比等參數(shù)對

4、泵噴推進(jìn)器性能的影響。
　　(4)由變分法求解轉(zhuǎn)子表面最佳環(huán)量分布,泵升力法設(shè)計轉(zhuǎn)子剖面,面元法預(yù)報泵噴推進(jìn)器性能及流場,建立了升力線理論-面元法-泵升力法相結(jié)合的泵噴推進(jìn)器設(shè)計方法;應(yīng)用該方法分別進(jìn)行了導(dǎo)管槳設(shè)計和泵噴推進(jìn)器設(shè)計,采用CFD方法對設(shè)計結(jié)果進(jìn)一步驗證。
　　(5)以面元法計算的泵噴推進(jìn)器非定常壓力分布作為低頻線譜噪聲預(yù)報的聲源項代入FW-H方程的時域公式,建立了泵噴推進(jìn)器的無空泡噪聲預(yù)報方法,分析了前置定子式

5、泵噴推進(jìn)器和后置定子式泵噴推進(jìn)器中各部件對聲壓的貢獻(xiàn),對泵噴推進(jìn)器的無空泡噪聲特點進(jìn)行了研究。
　　經(jīng)計算表明,文中的尾渦改進(jìn)方法可以有效的提高導(dǎo)管槳和泵噴推進(jìn)器的性能預(yù)報精度,文中的泵噴推進(jìn)器非定常計算方法穩(wěn)定可靠,所采用的組合體中螺旋槳最佳環(huán)量迭代計算方法可行。通過以某虛擬核潛艇為設(shè)計目標(biāo)進(jìn)行泵噴推進(jìn)器的設(shè)計結(jié)果表明:按文中設(shè)計方法設(shè)計出的泵噴推進(jìn)器的性能滿足設(shè)計要求,且具有較高的效率,所設(shè)計的泵噴推進(jìn)器出口處的流場特性與軸流