[發明專利]一種適應泵噴推進器進流的星形艇體尾翼構型

有效

• 申請號: 201910589862.5
• 申請日: 2019-07-02
• 公開（公告）號: CN110348099B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 楊瓊方;王永生;鄒義;張志宏;吳杰長;王悅民;曾凡明
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍海軍工程大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/20
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 黃行軍;胡藝

本發明公開了一種適應泵噴推進器進流的星形艇體尾翼構型，包括X形主舵翼和水平固定輔翼，水平固定輔翼與艇體尾錐段大端之間的軸向距離小于X形主舵翼與艇體尾錐段大端之間的軸向距離，X形主舵翼和水平固定輔翼的徑向高度均不大于艇體的最大直徑，X形主舵翼葉根前端與艇體尾錐段大端的軸向距離為13％L，X形主舵翼葉根后端與泵噴進口面的軸向距離為0.502D，其中，L為艇長，D為艇體最大直徑。星形尾翼與前置定子式大側斜泵噴裝配時，6節航速下泵噴軸向非定常力與時均力的比值僅為1‰，水動力匹配設計較佳。本發明能夠促進水下航行潛器低噪聲泵噴的設計實現，填補國內泵推技術方面的缺項，加快艦艇泵噴自主研發和推廣應用進程。

技術領域

本發明屬于船舶推進器技術領域，特別是涉及具有臨界航速高、輻射噪聲低特征，可以用于水下航行潛器推進的泵噴推進器。

背景技術

隨著機械式泵噴推進器(簡稱泵噴，泵噴轉子由艙內推進電機驅動，存在推進軸系)在世界海軍強國主戰潛艇上的成功應用，如“海狼”級、“弗吉尼亞”級和“機敏”級攻擊型潛艇以及“北風之神”級彈道導彈核潛艇等，均應用外置泵噴為主推進器，且“弗吉尼亞”級潛艇裝備外置無軸驅動式泵噴推進器(簡稱無軸泵噴，推進電機從艙內移出，與泵噴完全集成在一起，工作時浸泡于海水中，取消推進軸系)為輔推，以及下一代“俄亥俄”級改進型戰略導彈核潛艇應用外置無軸泵噴作為主推進器的研制計劃定型，泵噴推進技術已經成為新型潛艇減振降噪的頂層核心技術之一。

與7葉大側斜螺旋槳(簡稱7葉槳)相比，泵噴的理論技術優勢是：空化更晚、噪聲更低、高效區范圍更廣。除去泵噴本身比7葉槳結構部件更多，水力設計難度更大外，美國AD報告([1]Furuya?O，Chiang?W?L.A?New?Pumpjet?Design?Theory一種新的泵噴設計理論[R].Tetra?Tech.Inc.Report?NO.TC-3037，1986.)還闡明：泵噴與7葉槳的顯著差異在于，泵噴能夠更加有效的利用艇體邊界層來流，使得進入泵噴葉柵通道的遲滯來流速度明顯低于艇體航速，同時泵噴出流速度極端接近航速，從而使得艇體-泵噴推進系統的能量損失非常少。該技術優勢主要來源于導管存在將泵噴繞流分為內、外流場，艇體和導管邊界層流的共同作用，使得泵噴進流在徑向先增加后迅速減小再單調增加，速度梯度大且存在拐點([2]楊瓊方，王永生.泵噴推進器的低噪聲設計機理與設計應用[M].武漢:華中科技大學出版社，2016.)，與7葉槳進流沿徑向單調增加不同。可以說：與7葉槳相比，泵噴進流速度分布更加復雜，對艇尾伴流速度分布更加敏感，與艇體尾翼構型之間的水動力相互作用更強。因此，泵噴設計時更加需要重視艇體尾翼構型的設計。

從現有裝備的泵噴推進工程應用來看，“海狼”級和“弗吉尼亞”級泵噴推進潛艇均采用“木”字形艇體尾翼構型，“凱旋”級泵噴推進潛艇采用“工”字形艇體尾翼，同時泵噴推進魚雷多采用X形尾翼，均不同于當前7葉槳推進潛艇常用的十字形尾翼構型。此外，從船塢中“弗吉尼亞”級潛艇SSN-789的建造照片可以看出，艇體尾錐段小端與大端的直徑比大于0.35，明顯不同于7葉槳前方十字翼所在的尾錐段小端與大端直徑比一般小于0.15，錐度更小，與泵噴的轂徑比通常大于7葉槳相對應。上述實踐應用表明：十字形艇體尾翼構型不再是適應泵噴進流的良配，要想充分發揮泵噴低噪、抗空化和效率適中的潛在技術優勢，必須優化改進艇體尾翼構型，從流場細節特征入手定量設計新的尾翼構型。

在艇體尾翼構型設計方面，在中國專利網中以“潛艇舵翼”或“艇體尾翼構型”或“X形舵”或“潛艇附體”為關鍵詞進行檢索時，未能檢索到相關應用。即使是在中國知網學術應用數據庫中以“潛艇舵翼”或“艇體尾翼”為主題檢索時，研究報道也主要集中于帶典型十字翼和木字翼構型的艇體操縱過程中水動力系數的差異以及對螺旋槳伴流分布的影響，未發現艇體尾翼-泵噴推進系統相關的論述。主要原因是：國內泵噴推進工程應用仍處于起步階段，當前的關鍵技術攻關主要集中于泵噴自身的葉型設計上，尚未能兼顧到整個泵推系統。