叶片数对无轴泵喷推进器性能的影响

为丰富无轴泵喷推进器噪声性能优化理论,研究了叶片数对无轴泵喷推进器性能的影响,重点探究了不同叶片数下无轴泵喷推进器内的压力脉动变化规律。基于计算流体力学中的有限体积法离散RANS方程,应用RNG k-ε湍流模型封闭计算模型,采用SIMPLEC进行压力-速度耦合,对不同叶片数下的无轴泵喷推进器内部流场进行了非定常数值模拟计算,并对计算结果进行了详细的对比分析。研究结果表明:随叶片数的增加,无轴泵喷推进器模型的扬程、效率和推力均逐渐增大,叶片表面压力分布更加均匀,叶轮轮缘和中部的压力脉动均明显降低,叶轮进出口主频处的压力脉动幅值从轮缘向中心逐渐减小。

无轴泵喷叶片流激共振产生机理及其抑制

针对无轴泵喷异常高频梳状线谱噪声,本文研究了梳状线谱的产生原因及其噪声抑制特点。基于推进器实测噪声谱、振动谱梳状特征,初步定位梳状线谱与泵喷叶轮密切相关;进一步采用单向流固耦合分析方法,验证了无轴泵喷高频线谱来源于流激引起的叶轮面内2弯模态共振,并提出了一种在叶轮过流通道增设环筋以提高叶片支撑刚度的方案。流固耦合仿真及实测结果表明:带有环筋加强的泵喷叶轮对流激振动与噪声有明显抑制作用,梳状线谱噪声降幅达25.2~30.2 dB,且未向其他频段转移。

导叶对无轴泵喷推进性能及叶片空化效应的影响

【目的】由于无轴泵喷推进器在高转速下叶片会产生空化效应,为减少空化效应,需要对导流叶的安装方式及旋向进行研究。【方法】通过CFD软件对不同导流叶安装方案进行数值计算,获得无轴泵喷推进器整体的推力与叶片空化情况,找到合适的安装结构。【结果】在无导流叶的方案中,其推进性能更好,但叶片上的空化面积也是最大的;在有导流叶的方案中,后置与旋转叶片旋向相同的导流叶方案推进效果最好,相对无导流叶方案空化面积减小14.7%。【结论】研究结果可为导流叶的安装方式及减小空化效应提供参考。

轮毂比对无轴泵喷推进器性能的影响

为了探究轮毂比对无轴泵喷推进器内流特性的影响,本文基于RNG k-ε湍流模型和多重坐标系对无轴泵喷不同轮毂比(0.20、0.23、0.25)下的内部流动进行了非定常数值计算与分析。结果表明:随着轮毂比的增大,模型泵喷扬程、效率和推力均有所降低;叶片表面压力从叶梢到轮缘的压力梯度变小;叶轮中部速度略微减小,叶轮中心速度逐渐增大;叶轮出口漩涡强度先增强后减弱,漩涡面积朝着出口延长段出口逐渐扩大;叶轮中部压力脉动略微增大,叶轮轮缘和中心处压力脉动变化较小。无轴泵喷进口和出口中心处的主频略低于轴频,其余各点主频为轴频。轮毂比增加至0.25时,叶轮出口及出口延长段中心压力脉动主频处幅值大幅增加。研究结果能够为无轴泵喷推进器结构的优化设计提供一定参考。

潜艇无轴泵喷推进器水下辐射噪声数值预报及分析

文章以某小艇无轴泵喷推进器为对象,采用"CFD+BEM"方法预报了其单部件和整体水下辐射声场,对各单部件噪声在各阶叶频处的指向性及典型测点处500 Hz以内的频谱进行了分析,并对由泵喷单部件综合推导得出的泵喷噪声宽带声压级(500Hz以内)与泵喷整体数值计算结果进行了分析对比。研究表明:在1-4倍叶频中转动部件的环状转子和静止部件径向声压级均大于轴向,叶轮径向声压级小于轴向,三者均呈"8"字形分布,静止部件声压级明显小于转动部件。三个监测点中所有单部件在1倍叶频处声压级大于其它倍叶频,随频率升高声压级总体趋势下降,最终轴向、径向及两者之间45°夹角处测点的声压级波动范围基本相同。单部件综合推导得出的宽带声压级(500 Hz以内)与泵喷整体数值计算结果吻合较好,指向性为规整的"8"字形。

无轴泵喷推进器敞水特性

无轴泵喷推进器是一种新型集成电机推进装置,其融合了无轴推进和泵喷推进技术的特点。为研究无轴泵喷推进器与常规推进器的水动力性能差异,采用流体数值计算手段,对比分析某无轴泵喷推进器样机与机械式泵喷推进器、E779A螺旋桨的水动力性能,并分析无轴泵喷推进器水动力效率的定义方式。通过设计的试验台架完成了无轴泵喷推进器样机的性能测试,并验证了数值计算结果的有效性。研究结果表明,无轴泵喷推进器最高敞水效率达到了0.662,低于常规螺旋桨,但其高效的进速系数区间远大于常规螺旋桨,能够在更多的工况下高效运行。

叶片安放角对无轴泵喷推进器性能的影响

为揭示叶片安放角对无轴泵喷推进器运行特性的影响规律,采用计算流体动力学方法对无轴泵喷推进器在不同叶片安放角内部流动进行了数值模拟,分析了泵外特性、推力、内部流场分布以及压力脉动的变化规律。结果表明:设计工况下随着叶片安放角的增大,模型泵喷扬程和推力逐渐增大,效率逐渐降低,相较于叶片安放角0°,叶片安放角为+4°时扬程增大5.99%、推力增大2.08%、效率降低7.6%;叶片进口边压力明显下降,叶轮内流体流速逐渐减小,叶轮出口漩涡强度逐渐增强,漩涡面积减小;叶片安放角的变化对于泵喷内压力脉动的主频没有影响,但对主频处的幅值具有明显的影响,尤其是轮缘和流道中部压力脉动。研究结果对于低噪声无轴泵喷推进器的设计具有一定的参考价值。

无轴泵喷推进器水润滑轴承间隙流水动力设计与试验

针对无轴泵喷轮毂布置式水润滑支撑/推力轴承的敞水自润滑结构,以桨叶做功后产生的高速高压流场为输入来设计轴承的润滑和冷却流动通道,形成一体化支撑/推力轴承的自循环润滑方案。鉴于桨叶水动力与轴承间隙流的耦合影响作用,提出了两者迭代的设计方法,建立了桨叶与轴承间隙水动力耦合计算模型,实现了无轴泵喷轴承间隙流量的定量计算与分析,完成了无轴泵喷推进器样机敞水试验和一体化水润滑轴承台架试验。在整个测试区间内,推力系数和轴承间隙流量计算值与测试值最大误差分别为6.2%和4.6%,验证了设计方法和计算模型的有效性与准确性。所提方法对无轴泵喷推进器水力性能的设计与优化具有重要的工程意义。

不同轮缘结构无轴泵喷推进器间隙流动特性分析

为研究无轴泵喷推进器轮缘间隙结构特征对推进器流动损耗影响,该文采用雷诺时均(RANS)方法对不同间隙结构的推进器内部流场进行计算。首先对基础无轴泵喷推进器构型水动力性能进行预报,通过与试验对比,验证了计算方法的可靠性。采用正交试验设计的方法,对轮缘间隙参数进行调整和修改,分析了不同间隙尺寸组合方案的间隙区域流动特征和损耗情况,并以此选择最佳搭配方案。并基于最佳间隙搭配方案,对间隙轮缘局部结构进行优化研究,以进一步改善流动损耗问题。结果表明,轮缘长度对于流动损耗影响最大,径向间隙次之,随后是轮缘外径、进流间隙以及出流间隙;对轮缘形状以及拐角区域进行优化,兼顾了推进效率和流动损耗,凸型倒角轮缘结构效果最佳。

无轴泵喷推进器运行特性的试验研究

搭建多场同步测试试验台,在不同工况下对无轴泵喷推进器的外特性和振动特性进行同步测试。试验结果表明:随着转速的降低,泵喷模型扬程和功率大幅减小,效率总体呈略微下降的趋势;随着流量的增加,扬程先上升后下降,在0.5 Q_(d)时扬程达到最大,而功率逐渐减小,效率先增大后减小,并在1.0 Q_(d)左右达到最高效率。泵喷模型能量性能基本满足泵的比例定律。泵喷模型进、出口振动速度的主频为轴频,出口振动速度大于进口振动速度,径向振动速度大于轴向振动速度。随着流量的增加,出口振动速度在主频处的幅值逐渐下降,进口振动速度在主频处的幅值先上升后下降,进、出口振动速度在主频处的幅值均在设计工况时最低。研究结果可为无轴泵喷推进器的减振降噪提供参考。

不同工况下无轴泵喷推进器间隙流动损耗特性数值分析

为研究无轴泵喷推进器间隙流动特性以及流动损耗机理,采用雷诺平均(RANS)方程对不同工况下无轴泵喷推进器周围流场进行数值模拟。该文首先进行了推进器水动力性能计算,通过与试验结果的比较,评估了湍流模型和网格数量对结果的影响。在此基础上,进一步采用柱坐标系下涡量输运方程和熵增理论,分析了不同工况下推进器间隙流动特征和能量损耗机理。结果表明,计算结果与试验吻合程度较高;进一步由涡量输运方程分析可得方程右侧其影响涡量输运的各项多集中于间隙及间隙进出口区域,其中黏性耗散项对间隙区涡量变化起到主要作用,加剧流动不稳定性;由熵增结果可知,间隙区域中由黏性耗散引起的功率损失占据主导地位,由湍流耗散产生的损失可以忽略不计;同时,间隙流出口区由于流体流动方向与主流方向垂直,二者相互碰撞的同时受到叶轮抽吸作用向下游运动,导致该区域流动较为复杂,流动损耗较大;且随着进速系数提高,由轮缘所引发的流动损耗对推进器水动力性能有一定影响。