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两栖平台喷水推进器设计优化及自航数值模拟研究
| 论文题名： | 两栖平台喷水推进器设计优化及自航数值模拟研究 |
| 关键词： | 喷水推进;数值模拟;水陆两栖平台;多目标优化;负推力减额 |
| 摘要： | 随着海洋资源的不断开发，高速水陆两栖平台借由在水陆环境下的高机动性特征，能够在岛礁物资运输和海域巡逻等任务中发挥重要作用。喷水推进器作为高速两栖平台的水上核心设备，其推进效率和紧凑性对两栖平台实现高航速和节省舱内布置空间起着关键性作用。本文针对高速两栖平台的喷水推进器设计优化问题及平台自航问题，运用CFD数值模拟、多目标优化和反问题设计等方法，进行喷水推进器的设计及优化研究，进一步分析了喷水推进两栖平台的自航性能。 首先，针对高速两栖平台的喷水推进器进行选型设计研究。提出了基于CFD的改进选型计算流程。通过建立进水流道的参数化模型，采用CFD计算流道损失系数以代替经验参数，以获得更准确的选型计算结果。采用反问题设计方法，完成了轴流式喷水推进器的叶轮及导叶的初始设计。 其次，以流道出口速度不均匀度ζ和出口速度加权平均角φ??为优化目标，选取了流道倾角α，上侧过渡半径R1，下侧过渡半径R2，下侧水平段长度L0为设计主变量并确定变量取值范围，利用拉丁超立方采样70组数据构建样本空间，以RBF径向基神经网格建立设计主变量与优化变量的近似函数关系，经NSGA-Ⅱ寻优获得Pareto前沿，从中选取最终优化模型。优化后模型的ζ为0.28，下降了-17.6％，φ??为80.84，下降了0.01%，优化效果明显。 之后，分析了3、4、5不同叶轮叶片数下的喷水推进泵性能，对两种典型工况下的推进泵的抗空化性能进行对比研究。结果表明增加叶片数有利于拓宽推进泵的高效率范围，并实现更好的抗空化性能，分析了“喷水推进泵+进水流道”的喷水推进器整体推进性能。 最后，建立喷水推进两栖平台的自航数值模型。验证了推进泵的体积力模型。结合两栖平台裸体数值模拟结果分析了喷水推进两栖平台的推力减额特性。结果表明，在中高航速时，喷水推进两栖平台出现负推力减额现象。 |
| 作者： | 段鑫 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 杜尊峰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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