小型无轴喷水推进器流动特性及结构优化研究

摘要

无轴推进系统是这几年来提出的一种新型的舰船推进系统，其主要特点在于取消了传动轴，改为将电机与推进器集成为一体的结构形式，使其结构够紧凑合理，噪音、震动降低。该技术在军事和民用领域都受到了高度的重视。值得一提的是，该推进系统现已应用于我国最新一代的核潜艇上。在未来，喷水推进装置的发展趋势会向小型化、模块化、集成化方向发展，可以为小型船只提供更强劲的动力。 为了提高小型喷水推进器的动力性能，本文提出了一种新型结构的小型无轴喷水推进器。通过在原有的某小型喷水推进器的基础上，摒弃原有的轴驱动方式，采用无轴轮缘驱动的方式，将中心轴叶片改为轮缘叶片，采用内转子无刷电机直接驱动桨叶，以代替原有的发动机通过传动轴驱动螺旋桨。通过参考原有的某小型喷水推进器的结构形式，然后通过三维软件Solidworks创建起整个推进器的三维模型，再在此模型的基础上做出本文所用的新型无轴喷水推进器的三维模型。应用商用 CFD软件分别对改进前的模型和改进后的模型围绕推力、效率等进行数值模拟和计算分析。 对比分析表明：采用新型结构的小型无轴喷水推进器由于采用轮缘叶片，取消了传动轴，大大降低了缠轴的风险，减小了不均匀进流对喷水推进器速度场的扰动，因此增强了桨叶对流体做功的效率和流体的通过能力，即增加了该推进器的推进性能。同在最佳工况下，相比有轴喷水推进器，推力增加了约9%。 因此，在小型推进器领域，本文涉及的新型无轴喷水推进器在结构上具有可行性，在水动力特性上具有优势，在浅水以及杂质较多的水域中性能发挥稳定。可以应用于军事作战，也可以应用于民用娱乐领域，例如抗洪抢险的小型快艇、动力冲浪板、摩托艇等。该研究为无轴喷水推进器的小型化提供了一种方向。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究的目的和意义

1.2 无轴喷水推进器的发展现状

1.3 无轴喷水推进器简介

1.4 本文的研究内容及研究方法

第二章 数值仿真基本理论

2.1 计算流体力学的基本思想

2.2 流体分析基本步骤

2.3 离散与求解

2.4 湍流模型

2.5 本章小结

第三章 无轴喷水推进器数值建模研究

3.1 引言

3.2 无轴喷水推进器的性能参数

3.3 数值仿真模型

3.4 边界条件

3.5 数理模型验证

3.6 本章小结

第四章 推进器的流场仿真及特性分析研究

4.1 引言

4.2 不同转速的数值计算结果与分析

4.3 两种推进器的流场特性对比分析

4.4 本章小结

第五章 无轴喷水推进器的结构优化分析

5.1 引言

5.2 叶轮内径的控制参数

5.4数值计算结果与分析

5.5 特征分析

5.5本章小结

第六章 结果与展望

6.1 主要结论

6.2 研究展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢