[发明专利]增加侧向操纵力的前后定子式泵喷水力模型及其设计方法

说明书

本发明公开了一种增加侧向操纵力的前后定子式泵喷水力模型，包括导管，导管内设有同轴的前置定子、叶轮和后置定子，叶轮包括叶轮叶片和叶轮轮毂，叶轮叶片轴向对称固定于叶轮轮毂；定子包括定子叶片和定子轮毂，前置与后置定子叶片均固定于定子轮毂且定子叶片叶梢固定于导管内壁面，前置定子叶片螺距角在基准泵喷前置定子叶片螺距角基础上按正弦规律改变，具有周向非对称布置特征。本发明该技术措施可增加泵喷侧向操纵力、减小操舵时的瞬态辐射噪声，既适用于常规有轴机械式泵喷水力模型设计，也适用于新型无轴驱动集成电机式泵喷水力模型的设计，可以有效填补国内该应用领域的缺项，有力促进国内泵喷推进器的自主研制和工程应用。

技术领域

本发明属于船舶推进器技术领域，具体涉及一种增加侧向操纵力的前后定子式泵喷水力模型及其设计方法。

背景技术

泵喷推进器(Pumpjet，简称泵喷)以具有辐射噪声低、临界航速高的显著特点而被广泛应用于低噪声大型潜艇推进，如“海狼级”潜艇和“北风之神级”潜艇。发明人专利“一种前置定子周向非对称布置的泵喷推进器水力模型及其设计方法(公开号：CN 105117564A，公开日：2015.12.02)”中阐述：在已有前置定子式泵喷水力模型的基础上，采用前置定子叶片变螺距角的周向非对称布置技术措施，适应艇尾周向非均匀伴流的空间分布特征，不仅可以进一步减小泵喷轴向非定常力幅值、抑制低频线谱噪声，而且可以小量获得侧向操纵力、提升操纵性能。随着泵喷在大型核潜艇上装备应用的加速推进，快速有效操艇、尽可能控制潜艇机动与操纵时引起的动态辐射噪声，对于当前提升潜艇水下攻防实战能力来说，已经上升到与过去10年内将稳态航行辐射噪声控制作为第一要务的同等高度。增加泵喷侧向操纵力，等同于减小舵面负载，有利于直接减小舵翼操纵时脉动压力所诱导的直接辐射噪声，值得探索。

增加泵喷侧向操纵力的设计思路是在发明人专利“一种无轴驱动式集成电机泵喷推进器水力模型的设计方法(CN 104462652 A，2015.03.25)”中阐述泵喷前置定子、后置叶轮以及零推力或小推力导管设计方法基础上的扩展延伸，旨在后置叶轮轴向下游进一步增加后置定子叶片，且采用前述发明人专利中叶片变螺距角的周向非对称布置技术措施，获取常用舵角范围内的显著侧向操纵力，提高操艇安全性。

在获取旋转叶片主要轴向推力和有效侧向操纵力方面，分别以“旋转叶片侧向力”、“桨叶横向力”、“桨叶侧向力”和“前后定子式推进器”为关键词在中国专利网中进行检索，所见专利主要集中于描述作为辅推的侧向推进器以及作为主推的轮缘式集成电机推进器，如发明专利“伸缩式侧向推进器(CN 102320366 A，2012.01.18)”、“船舶侧向推进器推力测量试验模型及其应用(CN 105235819 A，2016.01.13)”、“对转无轴轮缘驱动推进器(CN105109650 A，2015.12.02)”以及“一种船舶轮缘集成推进器(CN 105292424 A，2016.02.03)”等，并未见着重提升艇尾主推进器侧向操纵力的相关设计方案或旋转叶片特定布置结构的相关文献报道。

从上述研究背景和应用现状可以看出，当泵喷用作大型潜艇主推进器时，无论是考虑提升操艇安全性还是期望控制艇体机动与操纵时的瞬态辐射噪声，增加泵喷侧向操纵力都是短期内性价比较高且易于实现的技术途径，能够进一步扩大泵喷作为水下推进器相比于7叶桨所具有的技术优势。

发明内容：

为了克服上述背景技术的缺陷，本发明提供一种增加侧向操纵力的前后定子式泵喷水力模型及其设计方法，进一步增加泵喷侧向操纵力、减小操舵时的瞬态辐射噪声。

为了解决上述技术问题本发明的所采用的技术方案为：