水下航行器泵噴推進(jìn)器設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)有效的降低噪聲。在國(guó)內(nèi),泵噴推進(jìn)器設(shè)計(jì)尚處于起步階段,如今,國(guó)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(diǎn),結(jié)合螺旋槳環(huán)流設(shè)計(jì)理論和軸流泵的升力法,進(jìn)行了泵噴推進(jìn)器設(shè)計(jì)及其性能預(yù)報(bào)。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(shí)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(diǎn),對(duì)導(dǎo)管槳槳葉設(shè)計(jì)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(dòng)力性能計(jì)算方法,在定常計(jì)算中,對(duì)誘導(dǎo)速度迭代、誘導(dǎo)速度勢(shì)迭代和直接求解方法的計(jì)算精度進(jìn)行了對(duì)比分析;在組合體非定常計(jì)算中,通過分別計(jì)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(gè)時(shí)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(jì)算

3、結(jié)果驗(yàn)證了計(jì)算方法的有效性;研究了面元法中尾渦模型對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響,為了提高槳-附體組合體性能的預(yù)報(bào)精度,對(duì)組合體中螺旋槳的尾渦模型進(jìn)行了改進(jìn),并驗(yàn)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(dòng)力性能的預(yù)報(bào)方法,在非定常性能計(jì)算中,通過對(duì)定子建模方式的處理,極大的減少了非均勻流場(chǎng)中泵噴推進(jìn)器非定常性能計(jì)算的運(yùn)算量;計(jì)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(zhǎng)徑比等參數(shù)對(duì)

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(jì)轉(zhuǎn)子剖面,面元法預(yù)報(bào)泵噴推進(jìn)器性能及流場(chǎng),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(jì)方法;應(yīng)用該方法分別進(jìn)行了導(dǎo)管槳設(shè)計(jì)和泵噴推進(jìn)器設(shè)計(jì),采用CFD方法對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證。
　　(5)以面元法計(jì)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(bào)的聲源項(xiàng)代入FW-H方程的時(shí)域公式,建立了泵噴推進(jìn)器的無(wú)空泡噪聲預(yù)報(bào)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(duì)聲壓的貢獻(xiàn),對(duì)泵噴推進(jìn)器的無(wú)空泡噪聲特點(diǎn)進(jìn)行了研究。
　　經(jīng)計(jì)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(bào)精度,文中的泵噴推進(jìn)器非定常計(jì)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(jì)算方法可行。通過以某虛擬核潛艇為設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行泵噴推進(jìn)器的設(shè)計(jì)結(jié)果表明:按文中設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)出的泵噴推進(jìn)器的性能滿足設(shè)計(jì)要求,且具有較高的效率,所設(shè)計(jì)的泵噴推進(jìn)器出口處的流場(chǎng)特性與軸流