[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

说明书

本发明属于水下航行体推进器领域，尤其涉及一种转子梢部带圆环并嵌入在导管内壁凹槽的泵喷推进器及其设计方法。包括导管、定子叶片、转子叶片及转子叶梢圆环，还提供一种转子梢部带圆环并嵌入在导管内壁凹槽的泵喷推进器设计方法，本发明可以避免梢隙空化的发生，可以避免发生梢部尾涡空化；转子叶片梢部带圆环后，刚度比普通转子叶片明显提高，有利于使转子叶片的固有频率避开艇体尾部结构的固有频率，避免引起结构共振，明显降低转子叶片由于自身瞬态并行引起的激振力，转子叶片的强度明显增加，转子的倒车强度能大幅提高，便于通过设置较大的转子叶片的侧斜角降低转子的激振力，同时降低转子叶片加工工艺的难度。

技术领域

本发明属于水下航行体推进器领域，尤其涉及一种转子梢部带圆环并嵌入在导管内壁凹槽的泵喷推进器及其设计方法。

背景技术

泵喷推进器具有能够有效推迟空泡发生、降低水下航行体辐射噪声、提高推进效率等优势，已经广泛应用于水下航行体上，但泵喷推进器在实际应用中仍然存在一些问题，尤其是在转子梢部与导流管内壁之间存在着较强的复杂涡系，这种非定常的涡系不仅会产生流动噪声，而且还会使转子梢部端面和梢涡涡核处形成低压区，引发梢隙空化和梢涡空化，产生空化噪声，会导致推进器噪声显著增加。另外，这些非定常的强旋涡流动还会引发转子和导管产生激振，产生结构振动噪声。所以控制泵喷推进器梢涡是降低泵喷推进器辐射噪声的重要途径。泵喷推进器一般包括固定在艇体尾部的导管和定子叶片，以及安装在主轴上的转子，其中，转子叶片梢部与导管内壁存在一个很小的间隙——叶梢间隙，虽然叶梢间隙的尺寸很小，但是在叶梢间隙这个狭小空间内的流场却是整个泵喷推进器导管内流场中最为复杂的，由于转子叶片表面和叶梢端面存在明显的夹角，形成形状畸变，转子叶片旋转式，会在叶梢端面边界线附近会产生强烈的流动分离现象，形成梢隙分离涡，导致梢部附近区域压力急剧降低，形成梢隙空化，同时，流体从梢部压力面翻转到叶梢端面，再从叶梢端面翻转到吸力面，这种流体翻转会使流体在转子梢部尾流中形成集中的泄出涡-梢涡，在梢涡的涡核处，压力很低，容易形成梢涡空化。泵喷推进器最先发生梢隙空化，随着转速的增加，还会发生梢涡空化，随着转速的继续增加，才会发生叶背空化，因此一般情况下，梢隙空化和梢涡空化先于转子叶背空化，所以要抑制泵喷推进器空化、提高泵喷推进器空化起始航速，梢隙空化和梢涡空化是首先要解决的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种转子梢部带圆环并嵌入在导管内壁凹槽的泵喷推进器及其设计方法，该泵喷推进器能够有效控制泵喷推进器转子叶片梢部的流体分离，从根本上解决梢隙空化问题，同时还能防止叶梢附近流体发生翻转，抑制梢部泄出涡，防止梢涡空化，提高空化起始航速，降低螺旋桨激振力，减弱泵喷推进器噪声，提高推进器推进效率。

为实现上述目的，本发明创造采用如下技术方案。

一种转子梢部带圆环并嵌入在导管内壁凹槽的泵喷推进器，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，所述叶梢圆环镶嵌在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无推力轴承等硬接触方式，两者之间的间隙内只充满流体，推力轴承布置在转子轴上。对前述叶梢圆环嵌入导管凹槽的泵喷推进器的进一步改进，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，保证了导管内壁形状的完整性，推进器效率和常规泵喷推进器效率相当。