喷水推进组合体组合舵在不同航态下的内部流动数值模拟

喷水推进组合体作为我国独创的一种节能型推进装置,其推进效率、操作性能和变工况适应能力的优势显著,在研制到应用的过程中已得到充分体现。通过调整舵壳及舵板的转动角度实现航态控制,对不同转动角度下的推进组合体各部件及整体进行受力分析,并对不同航态下组合舵的内部流动及尾流场进行分析。结果表明:舵壳和中舵板的同步转动改变了组合舵内部流道的压力和速度分布以及喷口后流体的流动方向,以此控制船舶正航转向;小角度转动时相对转动与同步转动效果相似;通过对中舵板转动角度的调节可控制前后出流方向的流量,中舵板在较大相对转动角度时将使得舵内有效流道面积减小,喷口尾流从舵内偏折并从间隙反向喷出,可控制船舶减速或倒航。

喷水推进泵驼峰区波峰与波谷内流作用机制

喷水推进泵一般选用轴流泵或导叶式混流泵。高比转速的混流泵和轴流泵在流量-扬程曲线上容易出现驼峰甚至双驼峰,当运行在驼峰区域时,泵和整个系统都可能会出现流动紊乱和振动噪声加剧等问题。在舰船变速航行时,喷水推进泵需要相应地改变转速;在变速过程中,喷水推进泵可能会进入驼峰区域,不利于舰船高效且低噪声地航行,进而影响乘员的舒适度与舰船的隐蔽性,甚至会对推进系统造成破坏。该文研究对象为带导叶的混流式喷水推进泵,基于标准轴(混)流泵试验台和高精度试验测试方法,获得了试验泵的水力性能曲线,试验发现其存在明显的能量特性曲线驼峰现象且伴随振动加剧;根据喷水推进泵试验泵几何模型建立了流体域三维模型,并采用精细化结构化网格划分。研究发现:在波谷工况时,叶轮流域内在展向高度较高位存在明显的低速涡团,不同流道间的低速涡团存在结构和尺度差异;A区域中的流速虽然较低但仍然呈螺旋前进,B区域中流速更低且旋转程度更大,C区域中的流速比A和B区域中稍高。而在波峰工况时,叶轮流域中的流动更均匀且更平顺,在流道中的稳定流动结构明显减少。

多参数优化设计对喷水推进组合体水力性能的影响

通过调整轴支架的叶片数、轴支架叶片出口安放角、轴支架与叶轮间距、叶顶间隙等参数对喷水推进组合体的性能进行优化设计,利用CFD对某型喷水推进组合体的流场进行数值模拟,分析不同几何结构参数对喷水推进泵性能的影响.结果表明:随着轴支架叶片数的增大,扬程、效率、功率曲线整体都呈下降趋势;当轴支架叶片数与叶轮相等时,扬程与功率曲线骤降;当轴支架叶片出口安放角为[-25°,25°]时,随着出口安放角增大,扬程曲线与效率曲线呈线性上升的趋势;随着喇叭管外径长度增大,入口面积变化减小,扬程与效率曲线逐渐下降后趋于平缓,随后又略有上升,功率的变化整体上呈下降趋势;随着轴支架与叶轮间距的增大,扬程曲线逐渐上升后趋于平缓,功率变化规律和扬程变化规律一致,效率曲线先上升后下降;随着叶顶间隙增大,叶轮做功效率下降,扬程、效率及功率曲线都呈下降趋势.该研究结果可提高喷水推进组合体的水动力性能,对促进喷水推进技术的发展具有较大的应用价值,为喷水推进组合体的优化设计提供了一定依据.