[发明专利]一种叶梢圆环嵌入导管凹槽的泵喷推进器及其设计方法

权利要求书

1.一种叶梢圆环嵌入导管凹槽的泵喷推进器，其特征在于：包括导管、定子叶片、转子叶片及转子叶梢圆环；

所述转子叶片及转子叶梢圆环固定在转子毂上，转子毂安装在从艇体尾部伸出的传动轴系上，传动轴系与布置在艇体尾部的推进电机相连，通过布置在艇体尾部的推进电机带动转子旋转工作；

所述导管内壁开有环形凹槽，所述转子叶片与叶梢圆环固定连接，所述转子叶梢圆环可转动地设于导管内壁环形凹槽内，圆环与导管内壁凹槽之间存在间隙，导管与定子固定连接，定子毂固定安装在艇体尾部，导管及定子所产生的力通过定子毂传递到艇体上，转子梢部圆环与导管之间充满流体，推力轴承布置在转子轴上。

2.根据权利要求1所述的叶梢圆环嵌入导管凹槽的泵喷推进器，其特征在于，叶梢圆环是以转子轴线为旋转轴的回转体结构，梢部圆环外表面为圆柱面，圆环内表面与导管内壁线型共型。

3.根据权利要求1所述的叶梢圆环嵌入导管凹槽的泵喷推进器，其特征在于，梢部圆环前端面位于叶轮梢部导边之前，梢部圆环后端面位于叶轮梢部随边之后，前端面和后端面为平面且均与转子轴向垂直。

4.根据权利要求1所述的叶梢圆环嵌入导管凹槽的泵喷推进器，其特征在于，所述环形凹槽是以转子轴线为旋转轴的环形回转结构，环形凹槽的周向表面为圆柱面且圆柱面的半径大于梢部圆环外圆面半径，环形凹槽的前后内壁表面是与转子轴线垂直的平面。

5.根据权利要求1所述的叶梢圆环嵌入导管凹槽的泵喷推进器，其特征在于，导管主体采用碳纤维或玻璃纤维加工，在前后两段接口处采用金属部件，金属部件预埋在前后两段导管主体内，安装时通过金属部件的配合进行装配。

6.一种叶梢圆环嵌入导管凹槽的泵喷推进器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

①根据水下航行体的设计条件和设计要求对泵喷推进器的几何参数理论分析和选型，确定导管、定子和转子的初步主要几何参数；

②以推进器效率、转子空化性能参数为优化标的，采用面元法和CFD方法对导管的几何形状进行优化设计，确定导管的几何形状；

③以推进器效率、转子轴承力两个参数为优化标的，采用面元法和CFD方法对定子的安装位置、叶数、弦长、几何攻角、拱度分布、厚度分布进行优化设计，确定定子的几何形状和安装位置；

④以推进器效率、转子空化性能两个参数为优化标的，采用面元法和CFD方法对转子叶片的弦长分布、螺距分布、纵倾分布、厚度分布和拱度分布进行优化设计，确定转子的基本几何形状；

⑤以转子轴承力和低频线谱噪声两个参数为优化标的，采用面元法和CFD方法对转子叶片的螺距分布、厚度分布和拱度分布进行优化设计，确定转子的几何形状；

⑥根据梢涡抑制效果、推进器效率、转子刚度和固有频率要求对转子的轴向长度L1和转子梢部圆环前端面与叶片梢部剖面导边轴向距离L2进行权衡设计，根据对转子重量、导管强度、刚度和固有频率的要求对转子圆环的径向厚度H进行权衡设计；

⑦梢部圆环的几何形状确定后，对环形凹槽的几何尺寸进行优化设计，环形凹槽前端面与梢部圆环前端面之间间隙为d1，环形凹槽后端面与梢部圆环后端面之间的间隙为d2，凹槽圆柱面与梢部圆环外表面之间的间隙为d3，

首先根据叶轮和导管的加工精度、装配精度、转子轴的跳动幅度，确保叶轮在旋转过程中不与环形凹槽发生擦碰，确定d1、d2、d3的最小值，再通过数值计算分析d1、d2、d3对泵喷推进器效率的影响，选取优化的的参数数值；

⑧建立水下航行体、定子、叶轮、梢部圆环、导管及导管内壁数值计算模型，计算判断泵喷推进器的水动力性能、泵喷推进器推力、转子吸收功率、泵喷推进器效率是否满足设计要求，若满足则进入⑧；否则转至步骤①对叶轮剖面形状进行重新设计，直至满足设计要求；

⑨采用数值计算方法计算泵喷推进器的激振力和低频线谱噪声，计算判断推进器激振力和低频线谱噪声是否满足设计要求，若是，则确定最终叶梢圆环嵌入导管凹槽的泵喷推进器几何形状；如否，则通过对叶轮侧斜分布进行重新设计，直至推进器激振力和低频线谱满足设计要求。