【摘要】：由于泵噴推進(jìn)器本身的復(fù)雜性和較強(qiáng)的軍事應(yīng)用背景,國內(nèi)外現(xiàn)在公開發(fā)表的有關(guān)泵噴推進(jìn)器的文獻(xiàn)并不多,要獲得關(guān)于其詳細(xì)的研究資料具有一定的難度,而國內(nèi)對(duì)于泵噴推進(jìn)器所開展的研究工作,例如泵噴推進(jìn)器的設(shè)計(jì)、水動(dòng)力性能、空泡性能以及間隙流動(dòng)方面的研究則更是少之又少,尤其是有關(guān)間隙流動(dòng)方面并沒有開展深入系統(tǒng)的研究。針對(duì)泵噴推進(jìn)器開展系統(tǒng)精細(xì)的研究,對(duì)于水下航行器性能的提高及相關(guān)領(lǐng)域研究的促進(jìn)具有十分重要的影響。同時(shí),對(duì)提升我國的水中武器例如潛艇、魚雷等的作戰(zhàn)隱蔽性、高效性都有著非凡的意義。因此,本文主要圍繞泵噴推進(jìn)器設(shè)計(jì)技術(shù)與流場(chǎng)特性展開研究,分別從泵噴推進(jìn)器設(shè)計(jì)原理方法、泵噴推進(jìn)器總體方案設(shè)計(jì)、泵噴推進(jìn)器內(nèi)外三維復(fù)雜流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算、泵噴推進(jìn)器空化特性的預(yù)報(bào)以及間隙流場(chǎng)特性分析等幾個(gè)方面展開深入的研究與分析,主要取得的研究?jī)?nèi)容與成果歸納為如下幾個(gè)方面:(1)泵噴推進(jìn)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建模方法研究1)給出了泵噴推進(jìn)器的整體組成結(jié)構(gòu),研究了推進(jìn)器設(shè)計(jì)原理,包括轉(zhuǎn)子、定子與導(dǎo)管的設(shè)計(jì)原理及其他部件的設(shè)計(jì)原則。2)基于螺旋槳的升力法,根據(jù)升力線理論建立了轉(zhuǎn)子最佳環(huán)量的求解方法,在確定最佳環(huán)量分布后,求出滿足最佳環(huán)量分布的轉(zhuǎn)子葉片葉型剖面。其次,基于修正系數(shù)法,對(duì)泵噴推進(jìn)器的定子進(jìn)行設(shè)計(jì),同時(shí)采用加速型導(dǎo)管以提高推進(jìn)器效率3)通過翼型型值點(diǎn)與切面輪廓投影點(diǎn)之間的轉(zhuǎn)換,建立了推進(jìn)器葉片的三維建模方法,并且利用Siemens UG NX軟件完了泵噴推進(jìn)器的三維建模與虛擬裝配工作。(2)泵噴推進(jìn)器三維復(fù)雜流場(chǎng)的計(jì)算與分析1)建立了泵噴推進(jìn)器三維復(fù)雜流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算模型,確定了采用RANS(Reynolds-averaged Navier Stokes)雷諾時(shí)均方法對(duì)三維流場(chǎng)進(jìn)行求解,采用SST k-?湍流模型完成計(jì)算封閉�？刂品匠毯屯牧髂Ｐ屠糜邢摅w積法(Finite Volume Method)進(jìn)行離散,利用SIMPLEC算法對(duì)速度與壓力進(jìn)行耦合;2)針對(duì)泵噴推進(jìn)器相對(duì)復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu),采用前處理軟件ANSYS ICEM,基于分塊思想,并且采用內(nèi)部交界面拼接的方法,對(duì)泵噴推進(jìn)器計(jì)算域進(jìn)行結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分。3)通過對(duì)E779A不同工況下的水動(dòng)力性能數(shù)值計(jì)算與分析,對(duì)數(shù)值計(jì)算方法與模型進(jìn)行了驗(yàn)證。4)針對(duì)不同進(jìn)速系數(shù)下的泵噴推進(jìn)器三維流場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算與分析,得到了泵噴推進(jìn)器的水動(dòng)力性能,當(dāng)J=1.23時(shí),效率最大為67.99%,泵噴推進(jìn)器的平衡性能較為理想;同時(shí),給出了推進(jìn)器內(nèi)部流場(chǎng)中壓力與速度的分布特點(diǎn)與規(guī)律。(3)泵噴推進(jìn)器空化性能的數(shù)值預(yù)報(bào)與研究1)針對(duì)泵噴推進(jìn)器空化流場(chǎng)的特點(diǎn),對(duì)湍流模型進(jìn)行了修正,合理的選擇了空化模型,建立了泵噴推進(jìn)器空化流場(chǎng)的計(jì)算模型與方法,以NACA66水翼與E779A四葉槳為研究對(duì)象對(duì)空化數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行了驗(yàn)證。2)通過對(duì)不同工況下泵噴推進(jìn)器空化流場(chǎng)的計(jì)算,得到了推進(jìn)器的空化水動(dòng)力性能;在空化發(fā)生后,推進(jìn)器仍在J=1.23時(shí)效率達(dá)到最大,數(shù)值為59%;對(duì)比空化發(fā)生前后,泵噴推進(jìn)器的效率在發(fā)生空化后出現(xiàn)了明顯的降低,降低幅度最大為19.38%(J=0.98)。3)分析了泵噴推進(jìn)器空化壓力場(chǎng)的分布特性,計(jì)算表明定子葉片的穩(wěn)流作用能夠起到延緩和降低空化影響的作用;分析了轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速、來流速度與空化數(shù)對(duì)泵噴推進(jìn)器空化特性的影響規(guī)律。(4)泵噴推進(jìn)器間隙流場(chǎng)特性研究1)對(duì)不同間隙尺寸下的泵噴推進(jìn)器進(jìn)行了三維建模與結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分,并且著重對(duì)泵噴推進(jìn)器的間隙流場(chǎng)進(jìn)行了精細(xì)后處理。2)通過對(duì)葉頂間隙流場(chǎng)的精細(xì)后處理,對(duì)間隙流場(chǎng)的流動(dòng)特性進(jìn)行了描述;給出了間隙流動(dòng)的作用機(jī)理與結(jié)構(gòu);研究了頂隙泄渦的形成原理與主要組成部分;完成了對(duì)間隙流場(chǎng)輸運(yùn)與發(fā)展的描述與分析,分析了間隙流動(dòng)對(duì)泵噴推進(jìn)器導(dǎo)管內(nèi)速度場(chǎng)與壓力場(chǎng)的影響特性。3)通過對(duì)不同間隙尺寸下泵噴推進(jìn)器水動(dòng)力性能計(jì)算結(jié)果的對(duì)比,得到了間隙尺寸對(duì)泵噴推進(jìn)器水動(dòng)力性能的影響規(guī)律;給出了不同間隙尺寸下的速度與壓力分布規(guī)律。4)通過提取空化間隙流場(chǎng)的空化云圖、軸面空化面積等流場(chǎng)數(shù)據(jù),分析了推進(jìn)器間隙流場(chǎng)的空化特性;給出了不同葉頂間隙尺寸對(duì)推進(jìn)器空化流場(chǎng)特性的影響規(guī)律;分析了不同間隙尺寸下轉(zhuǎn)子葉片空化面積的變化規(guī)律;并在空化水動(dòng)力計(jì)算的基礎(chǔ)上,研究了間隙尺寸與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速二者對(duì)推進(jìn)器空化特性的綜合影響規(guī)律。
【學(xué)位授予單位】：西北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TJ6;U664.3
【圖文】：

第一章 緒 論管進(jìn)一步提高推進(jìn)器效率如圖 1-1（b）所示。與傳統(tǒng)的推旋槳等）相比，泵噴推進(jìn)器具有以下優(yōu)點(diǎn)[8]：能好。泵噴推進(jìn)器具有良好的噪聲隱蔽性是由于：①泵噴，產(chǎn)生的導(dǎo)管內(nèi)部噪聲能夠被導(dǎo)管所屏蔽與吸收。另外，子的進(jìn)流，降低轉(zhuǎn)子槳葉的非定常脈動(dòng)載荷，降低推進(jìn)的統(tǒng)螺旋槳的葉片直徑，泵噴推進(jìn)器的轉(zhuǎn)子的直徑較小，線速度可以降低推進(jìn)器的低頻噪聲聲壓級(jí)。國內(nèi)外研究表槳的相比，泵噴推進(jìn)器具有較低的低頻線譜噪聲；高轉(zhuǎn)速更為優(yōu)秀突出。速高。預(yù)設(shè)航速意思是在水深一定時(shí)，水下航行器的推進(jìn)能達(dá)到的最大航行速度。同時(shí)，泵噴推進(jìn)器導(dǎo)管和定子葉流進(jìn)行調(diào)整，從而使轉(zhuǎn)子葉片所處流場(chǎng)的分布更為均勻，片狀空化的產(chǎn)生起到了很好地推遲效果，也使 UUV 的低

形成完整的體系，例如關(guān)于泵噴推進(jìn)器水動(dòng)力性能、空泡性能與間隙流場(chǎng)特性等的研究均處于起步研究階段。圖1-2 美國“海狼”級(jí)核潛艇的泵噴推進(jìn)器圖1-3 MK50魚雷的泵噴推進(jìn)器 圖1-4 MU90魚雷的泵噴推進(jìn)器

雷等小型水下航行器主要的推進(jìn)方式之一，例如美國的 ARL 公司為美國海RCⅡ項(xiàng)目成功研發(fā)出了第一個(gè)泵噴推進(jìn)器，以及美國的 MK48 與 MK50 魚雷3）、英國的 Spearfish、瑞典的 TP2000 型魚雷以及歐洲魚雷公司（EUROTORP0 魚雷（如圖 1-4），具體使用了泵噴推進(jìn)器的魚雷如表 1-1 所示。由于泵噴推于傳統(tǒng)螺旋槳推進(jìn)器有著明顯的優(yōu)勢(shì)，關(guān)于泵噴推進(jìn)器的設(shè)計(jì)理論、性能測(cè)試方面問題國外均已展開了較為全面的研究，對(duì)泵噴推進(jìn)器的開發(fā)與研制能力較是國內(nèi)對(duì)泵噴推進(jìn)器技術(shù)的研究起步較晚，對(duì)于泵噴推進(jìn)器許多關(guān)鍵技術(shù)還完整的體系，例如關(guān)于泵噴推進(jìn)器水動(dòng)力性能、空泡性能與間隙流場(chǎng)特性等的于起步研究階段。圖1-2 美國“海狼”級(jí)核潛艇的泵噴推進(jìn)器

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本文編號(hào)：2778042