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泵喷推进器导管脉动压力特性研究

中国造船 2023年第6期64卷 1-12页

作者：季雪芹张晓嵩杨晨俊董小倩上海交通大学海洋工程国家重点实验室船海工程数值试验中心上海200240 中船(上海)节能技术有限公司上海200011 中国船舶科学研究中心上海分部上海200011

在空泡水筒中开展均匀来流及无空泡状态下的泵喷推进器导管内壁面脉动压力测量,通过快速傅立叶分析获得导管内表面沿轴向、叶梢弦向及导管周向的脉动压力分布规律及频谱特征,结合黏流CFD模拟分析叶梢间隙流动的特征。叶梢分离涡是影响... 详细信息

在空泡水筒中开展均匀来流及无空泡状态下的泵喷推进器导管内壁面脉动压力测量,通过快速傅立叶分析获得导管内表面沿轴向、叶梢弦向及导管周向的脉动压力分布规律及频谱特征,结合黏流CFD模拟分析叶梢间隙流动的特征。叶梢分离涡是影响导管内壁脉动压力的主要因素,叶梢区域最为明显,从导边到弦长中部脉动压力幅值较大。转子叶梢附近的后倾增加时,导管内表面脉动压力幅值增大;前倾增加时,导管内表面脉动压力幅值减小。

关键词：泵喷推进器脉动压力间隙流动叶梢纵倾

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泵喷推进器水动力及流场特性研究综述

力学学报 2022年第4期54卷 829-843,I0001页

作者：李晗黄桥高潘光董新国西北工业大学航海学院西安710072 中国船舶及海洋工程设计研究院喷水推进技术重点实验室上海200011

泵喷推进器(简称泵喷)是一种多部件组合式水动力推进装置,由导管及导管内的旋转叶栅(转子)和静止叶栅(定子)组成,具有高临界航速、重载、高效率和低辐射噪声等特点,最早于20世纪中叶在国外出现,初期主要用于鱼雷推进,后拓展到潜艇推进,... 详细信息

泵喷推进器(简称泵喷)是一种多部件组合式水动力推进装置,由导管及导管内的旋转叶栅(转子)和静止叶栅(定子)组成,具有高临界航速、重载、高效率和低辐射噪声等特点,最早于20世纪中叶在国外出现,初期主要用于鱼雷推进,后拓展到潜艇推进,目前国外潜艇、高速鱼雷普遍采用泵喷推进,国内外泵喷的研究和应用存在巨大差异.近年来,因国外技术封锁、潜艇装备发展需求和拓展泵喷应用等,泵喷推进技术成为水下装备领域的研究热点.泵喷各部件间流场相互作用复杂、与航行体耦合程度高,其应用和推广需要对其水动力和流场特性的深入认识.本文介绍了泵喷的基本构成和特点,按方向和目的总结了泵喷的水动力和流场特性研究现状.从水动力特性的角度,介绍了泵喷推进器的推进特性、预报方法和水动力变化规律.从流场特性角度,介绍了间隙流场、转-定子干扰流场和尾流场等.分析并总结了泵喷水动力和流场特性的研究以及实际应用中所面临的主要挑战,提出对未来研究的展望.

关键词：泵喷推进器水动力流场特性

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泵喷推进器定常水动力性能数值模拟

上海交通大学学报 2013年第6期47卷 932-937页

作者：潘光胡斌王鹏杨智栋王一云西北工业大学航海学院西安710072 中国船舶重工集团公司第705研究所西安710075

针对装有泵喷推进器的某型水下航行器,建立了内外流场的一体化数值计算模型.基于分块网格技术耦合生成了高质量结构化网格,采用雷诺时均方法(RANS)和剪切应力输运(SST)k-ω湍流模型,并基于有限体积法,进行了定常水动力性能的数值模拟;... 详细信息

针对装有泵喷推进器的某型水下航行器,建立了内外流场的一体化数值计算模型.基于分块网格技术耦合生成了高质量结构化网格,采用雷诺时均方法(RANS)和剪切应力输运(SST)k-ω湍流模型,并基于有限体积法,进行了定常水动力性能的数值模拟;给出了泵喷推进器的敞水性能曲线,表明泵喷推进器效率较高,且平衡性能较为理想;分析了航行器表面和转定子叶片不同叶高处的压力分布;对转子梢涡进行了形态显示和原理解释;讨论了转子前、转定子之间及定子后不同半径处的速度分量情况;通过与全流道计算结果进行对比,说明了单流道模型对于所研究问题具有适用性及可行性.

关键词：泵喷推进器水动力性能计算流体力学

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泵喷推进器间隙流动控制技术试验研究

中国舰船研究 2023年第1期18卷 141-151页

作者：韩蕊林余海廷华宏星李辉耀黄修长董小倩上海交通大学振动噪声冲击研究所机械系统与振动国家重点实验室上海200240 高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

[目的]旨在抑制转子叶梢间隙流动,解决其给泵喷推进器水动力性能和非定常激振力带来的问题。[方法]以某型前置定子式泵喷推进器为对象,采用环状柔性密封结构与转子端环配合的方法,研究其抑制转子叶梢的间隙流动的有效性。通过保持导管... 详细信息

[目的]旨在抑制转子叶梢间隙流动,解决其给泵喷推进器水动力性能和非定常激振力带来的问题。[方法]以某型前置定子式泵喷推进器为对象,采用环状柔性密封结构与转子端环配合的方法,研究其抑制转子叶梢的间隙流动的有效性。通过保持导管结构近似刚性固定,测得推进器转子的推力和扭矩,给出转子的敞水效率,在高功率频闪仪的辅助下,观察记录各设计工况下的空化初生点,计算绘制出推进器的空化初生特性曲线。针对有/无间隙的推进器模型,在空化/非空化状态下通过试验测得转子轴的振动加速度,以此评估间隙消除对轴系振动的影响。[结果]结果显示:带有柔性密封结构的泵喷推进器,其转子的推力和扭矩显著提升,也使得转子敞水效率在中低进速系数下得到显著提升,且在设计点附近基本保持不变,在较高进速系数下略有下降;在设计点附近一段很宽的进速系数(0.85泵喷推进器的空化性能更优;与有间隙泵喷推进器相比,装有无间隙泵喷推进器的轴系,其轴向振动加速度幅值在大多数特征频率处都显著降低。[结论]研究结果表明,采用柔性密封结构来抑制叶顶间隙流动,对于提高中低进速系数下的转子敞水效率、优化设计点处的空化性能以及抑制推进器的轴系振动等具有积极作用。

关键词：泵喷推进器水动力性能间隙流动振动特性空化初生

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均匀流中泵喷推进器噪声特性数值模拟研究

华中科技大学学报（自然科学版） 2023年第12期51卷 130-136页

作者：孙聪岳启辉王文全王超哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150001 中国船舶及海洋工程设计研究院上海200011

以某泵喷推进器为研究对象,在以标模桨E779A进行数值验证的可行性研究基础上,针对泵喷推进器的流场特性进行计算,并将稳态结果与实验值进行对比验证,最后采用计算流体力学和声学比拟耦合方法对泵喷推进器各部件的近场噪声源和远场辐射... 详细信息

以某泵喷推进器为研究对象,在以标模桨E779A进行数值验证的可行性研究基础上,针对泵喷推进器的流场特性进行计算,并将稳态结果与实验值进行对比验证,最后采用计算流体力学和声学比拟耦合方法对泵喷推进器各部件的近场噪声源和远场辐射噪声进行计算分析.结果表明:在表面噪声源强度分布上,占据声强的主要贡献部分分布在导管和定子前缘及内壁面、转子的叶梢及导边处;从声压级频谱结果来看,整体部件和转子部件在叶频及其谐频处呈现明显的线谱特性;在对噪声的贡献量上,转子部件占主导部分,定子贡献最少;在声场指向性上,轴向平面上各监测点总声压级指向性呈“8”字形分布,表现为偶极子声源特性.该研究结果对泵喷推进器噪声特性研究及降噪设计有一定的参考作用.

关键词：泵喷推进器计算流体力学 Curle噪声源模型 FW-H方程水下辐射噪声

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前置与后置定子泵喷推进器的水动力性能对比

哈尔滨工程大学学报 2019年第1期40卷 132-140页

作者：彭云龙王永生刘承江易文彬海军工程大学动力工程学院 92728部队

为探究前置和后置定子泵喷水动力性能上的不同,本文采用计算流体力学方法,基于物理试验数据验证的数值计算模型,从敞水性能、空化性能和脉动特性3个方面对两类泵喷的水动力性能差异进行研究。结果表明:在消耗功率相同、几何尺寸近似的... 详细信息

为探究前置和后置定子泵喷水动力性能上的不同,本文采用计算流体力学方法,基于物理试验数据验证的数值计算模型,从敞水性能、空化性能和脉动特性3个方面对两类泵喷的水动力性能差异进行研究。结果表明:在消耗功率相同、几何尺寸近似的前提下,后置定子泵喷推进性能、平衡性优于前置定子泵喷,在较宽进速范围其推力效率比后者高2%;前置定子泵喷抗空化性能比后置定子泵喷差,空化数越小,推力效率降低幅值越大;前置定子泵喷转子叶片引起的旋转部件流场脉动压力幅值大于后置定子泵喷,而定子、导管等静止部件的流场脉动压力与之相反,后置定子泵喷脉动压力幅值大于前置定子泵喷。

关键词：泵喷推进器水力性能计算流体力学数值预报空化脉动特性前置定子后置定子

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斜流中泵喷推进器流场变化规律数值分析

华中科技大学学报（自然科学版） 2020年第4期48卷 103-108页

作者：邱铖铖潘光黄桥高施瑶西北工业大学航海学院陕西西安710072 西北工业大学无人水下运载技术工信部重点实验室陕西西安710072

基于SST(剪切应力输运)k-ω湍流模型与滑移网格技术,对不同进速系数(J=0.95,1.18,1.58)及不同斜流角(β=0°,10°,20°)下泵喷推进器流场变化规律进行了数值分析.利用P4119桨进行了数值方法验证,并进行网格无关性验证.为保证计算结果的... 详细信息

基于SST(剪切应力输运)k-ω湍流模型与滑移网格技术,对不同进速系数(J=0.95,1.18,1.58)及不同斜流角(β=0°,10°,20°)下泵喷推进器流场变化规律进行了数值分析.利用P4119桨进行了数值方法验证,并进行网格无关性验证.为保证计算结果的准确性,采用全通道模型及全结构网格进行数值计算.计算结果表明:随着斜流角的增大,横向力和垂向力出现明显波动,不同斜流角间的波动幅度相对一致,且随着斜流角的增大而减小;随着进速系数及斜流角的变化,压力系数在转子导边、随边处出现明显波动差异,定子叶片压力系数波动比较稳定.

关键词：泵喷推进器斜流轴承力数值计算压力系数

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间隙流动模型对泵喷推进器水动力性能的影响

哈尔滨工程大学学报 2021年第1期42卷 21-26页

作者：翁凯强王超胡健谷浪哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150001 中国科学院沈阳自动化研究所辽宁沈阳110000

泵喷作为一种带定子的导管类组合推进器,其内部存在强烈的间隙流动,为了更加准确地预报泵喷推进器水动力性能,本文根据已有的梢部泄露涡模型,考虑泵喷间隙处流动的真实流动情况,考虑间隙区域流体粘性的影响,构建了适用于泵喷的间隙流动... 详细信息

泵喷作为一种带定子的导管类组合推进器,其内部存在强烈的间隙流动,为了更加准确地预报泵喷推进器水动力性能,本文根据已有的梢部泄露涡模型,考虑泵喷间隙处流动的真实流动情况,考虑间隙区域流体粘性的影响,构建了适用于泵喷的间隙流动模型。通过对比分析泵喷转子、定子以及导管的水动力性能以及压力、环量分布发现:当考虑间隙流动模型的影响时,转子叶片以及导管内壁面压力及环量分布与粘流的计算结果更加吻合。间隙模型的引入对泵喷导管的影响最大,使得导管的水动力性能以及压力分布与粘流计算结果趋势更加一致,但对泵喷推进器整体的水动力性能计算结果影响有限,仅仅使得其计算值略微提升。

关键词：泵喷推进器间隙流动模型面元法性能预报 CFD 水动力性能通量系数势流理论

凹槽结构对泵喷推进器梢涡控制效果及规律研究

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船舶力学 2021年第12期25卷 1594-1605页

作者：张凯叶金铭张颖军海军潜艇学院山东青岛266042 海军工程大学舰船与海洋学院武汉430033

为了研究不同凹槽形式对泵喷推进器的梢涡控制效果,在导管内壁开设不同形式的凹槽结构,采用数值计算方法,分析凹槽的特征参数对梢涡控制效果的影响。结果显示:导管凹槽能够有效地削弱梢涡强度,梢涡控制效果随着凹槽轴向长度、周向宽度... 详细信息

为了研究不同凹槽形式对泵喷推进器的梢涡控制效果,在导管内壁开设不同形式的凹槽结构,采用数值计算方法,分析凹槽的特征参数对梢涡控制效果的影响。结果显示:导管凹槽能够有效地削弱梢涡强度,梢涡控制效果随着凹槽轴向长度、周向宽度和径向深度,以及凹槽数量的变化而发生改变。该研究结果可为泵喷推进器梢涡控制和导管凹槽优化选型提供新的技术路径和技术支撑。

关键词：导管内壁特征参数梢涡强度凹槽结构泵喷推进器