[发明专利]一种前置定子周向非对称布置的泵喷推进器水力模型及其设计方法

说明书

本发明公开了一种前置定子周向非对称布置的泵喷推进器水力模型及其设计方法，包括定子叶片和定子轮毂、叶轮叶片和叶轮轮毂、导管，定子叶片周向非对称布置于定子轮毂上，定子叶片叶梢固定于导管内壁面，定子轮毂、叶轮轮毂和导管轴线重合，叶轮叶片具有大侧斜和尾纵倾特征，定子叶片螺距角在基准泵喷定子叶片螺距角基础上按正弦规律改变，螺距角变化量与定子叶片所在周向角度位置、叶轮旋向和幅值系数相关。本发明可以减小泵喷脉动推力系数幅值，降低泵喷辐射噪声，在相同设计条件下前置定子周向非对称布置的泵喷脉动推力系数比基准泵喷减小3.4％，该技术措施也适用于无轴驱动式集成电机泵喷水力模型的噪声优化设计。

技术领域

本发明涉及船舶推进器技术领域，特别是涉及具有低噪声和高临界航速特征，可以用于推进水下潜器的泵喷推进器。

背景技术

泵喷推进器(Pumpjet，简称泵喷)以具有辐射噪声低、临界航速高的显著特征而被大量应用于低噪声潜艇推进，如“海狼级”潜艇和“弗吉尼亚级”潜艇均采用了前置定子式泵喷。当前世界上美国、英国、法国和俄罗斯都已经将泵喷推进技术应用于了核潜艇推进，国内尚未见泵喷推进潜艇服役的主要原因在于缺乏优秀的泵喷水力模型。优秀的具体含义是：辐射噪声低、推进效率适中、临界航速高(即抗空化能力强)(一种无轴驱动式集成电机泵喷推进器水力模型的设计方法，公开号：104462652A，公开日：2015-03-25)。为了实现这一自主设计目标，上述发明专利中阐述了同时适用于无轴驱动式集成电机泵喷和常规有轴机械式泵喷水力模型的设计方法，可以设计出同时满足推进和噪声性能要求的泵喷数值模型，并且展示了一型前置定子13叶叶片和9叶后置叶轮叶片的无轴泵喷水力模型。该设计方案中，无论是定子叶片还是叶轮叶片，都采用了周向对称布置设计，与一直以来传统的船舶推进器布置相同，如螺旋桨，无论是水面舰船采用的现代5叶大侧斜螺旋桨，还是常规潜艇采用的7叶大侧斜螺旋桨，每片桨叶的几何以及螺距角都完全相同。设计并安放好一片桨叶后，只需要在周向上对称复制即可完成其余桨叶的设计与安放。这种设计布置的优势在于：①设计相对较为简单。原因是：船舶推进器设计时通常是首先设计出均匀来流下满足效率和空化性能要求的水力模型，然后再考虑船尾真实非均匀伴流对推进器性能的影响，并由此适当修改完善原设计方案叶型。周向对称布置叶型正好适应于均匀来流条件，而且分析采用周向对称边界条件后的单个叶片受力情况比分析所有叶片的计算量要小得多，设计周期更短。②加工制造相对较为简单。原因是：在加工精度、叶片强度和复杂叶型的同时限制下，船舶推进器的加工制造难度一直较大，特别是现代舰艇推进器，如大侧斜桨和喷水推进器。采用5轴或7轴联动数控机床加工时，周向对称布置的叶型设计指令较周向非对称布置要简单得多。③叶型测绘更为简单。原因是：在仅有推进器实物而没有其三维数值几何模型时，如引进推进器，需要对其叶型数据进行测绘；或者是在推进器损伤修复后，评估修复效果时也需要对叶型数据进行测绘。测绘周向对称布置的单叶片叶型的数据比测绘所有叶片要简单得多，对测绘仪的要求更低。