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小型喷水推进器过流部件的匹配性研究
| 论文题名： | 小型喷水推进器过流部件的匹配性研究 |
| 关键词： | 喷水推进器;无人艇;过流部件;匹配性;样机测试 |
| 摘要： | 得益于灵活的操纵性、良好的静谧性和优异的浅水适应性等特点，喷水推进器被广泛应用于水面无人艇领域，但国内在小型喷水推进器的关键技术和细节设计方面与国际先进水平还存在一定的差距。因此，开展喷水推进器水力性能精细技术相关研究对于我国喷水推进器自主研发水平提高乃至无人艇产业发展都具有重要的现实意义。 本文针对某款小型双体无人船，考虑其船型参数及试验数据进行了混流式喷水推进器及其过流部件的水力设计与三维建模，通过数值仿真和模型样机试验探究叶轮、导叶和喷口等过流部件的不同结构参数匹配对喷水推进器的外特性及内流特性的影响机理。本文主要研究内容如下： 1.根据无人艇船型参数和阻力拖曳试验数据进行混流式喷水推进器及其过流部件的水力设计和三维建模，分别以流线法和相似换算法设计导叶和叶轮，并设计正曲率型线的喷口，形成64组不同的过流部件匹配方案进行数值模拟。 2.通过16组静动叶栅稠密度比方案分析叶轮和导叶结构参数耦合匹配对喷水推进器的推进性能的影响，发现静动叶栅稠密度比取值为2:1能够在额定转速工况下获得较高的流量极值和较优的推力特性。 3.通过4组喷口结构设计方案分析喷口收缩系数对喷口段区域的内流特性和整体外特性的影响，发现增大喷口收缩系数可以有效提升扬程，而当其大于0.8时，推力系数会急剧下降。 4.探究转速与喷口参数匹配性的影响规律，发现转速越高，扬程系数随喷口收缩系数方案改变的区间范围更大，整体数值水平更高；较低转速时效率区间整体较高，此时匹配较小的喷口收缩系数可以获得相对最大的效率值。 5.整合所有过流部件结构参数形成64组匹配方案，分析发现喷口收缩系数的增大会使流量系数和推力系数的极大值所处的静动叶栅稠密度比数值区间向更大的方向偏移；适当增大喷口收缩系数同时与之匹配更大的叶轮叶栅稠密度和较小的静动叶栅稠密度比可以改善扬程特性；喷口对效率的影响要远大于叶轮和导叶，减小喷口收缩系数可以极大地提高推进器效率。 6.设计喷水推进器样机试验装置并开展水力性能试验，在半开式试验台测量不同转速、不同流量工况下的进出口压力、流量和转速值，通过试验数据和仿真结果对比，验证数值模拟方法的可靠性。 本文利用数值仿真和样机试验相结合的方法，探究了喷水推进器的叶轮、导叶和喷口等过流部件的匹配性规律，为喷水推进器过流部件模块化组装以实现定制化的推进性能提供理论参考。 |
| 作者： | 招涛 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 焦磊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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