[發明專利]一種軸對稱跨介質水空兩棲航行器動力系統匹配設計方法

在審

• 申請號: 202110338560.8
• 申請日: 2021-03-30
• 公開（公告）號: CN113190913A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 李亦;蘭炳松;徐驚雷;董晗
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/17
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 張寧馨

1.一種軸對稱跨介質水空兩棲航行器動力系統匹配設計方法，所述動力系統沿著內流道方向包括依次連通的入口面，進口漸縮段，水平等直段，后漸縮段，喉道，其中，

在所述進口漸縮段和所述水平等直段交界處設置有前電機安裝位，所述前電機安裝位設置有前電機，所述前電機連接有第一螺旋槳，在所述后漸縮段內設置有后電機安裝位，所述后電機安裝位設置有后電機，所述后電機連接有與所述第一螺旋槳相同型號的第二螺旋槳，所述第一螺旋槳和第二螺旋槳設置在所述水平等直段內部；

所述動力系統為繞兩棲航行器典型型線的中軸線旋轉而成的軸對稱式，并且所述前電機安裝位和所述后電機安裝位相對所述水平等直段的中垂線對稱；

其特征在于，所述設計方法包括如下步驟：

步驟S1、選定第一螺旋槳和所述第二螺旋槳的型號，根據選定的型號，確定螺旋槳的槳徑D、中心處厚度ζ，以及相匹配的所述前電機以及所述后電機的電機外徑d；

步驟S2、根據步驟S1中確定的槳徑D以及電機外徑d，求出實際過流面積S₀，再根據實際過流面積S₀，確定喉道直徑D₀；

步驟S3、根據步驟S2中確定的實際過流面積S₀和步驟S1中確定的電機外徑d，確定所述水平等直段的直徑D_水平；

步驟S4、根據步驟S3中確定的直徑D_水平，確定所述水平等直段的內壁至相鄰側前電機安裝位外壁的距離R1以及相鄰側后電機安裝位外壁的距離R₂；

步驟S5、根據步驟S1中確定的螺旋槳中心處厚度ζ，得出水平等直段長度L,表達式為：L＝k₃*ζ；

公式中，k₃表示長度系數，該系數的取值范圍為6.9～9.5；

步驟S6、根據步驟S2中確定的實際過流面積S₀以及前電機位外徑D₁，求出航行器主體在入口截面處對應的直徑d₃，入口面外徑為D₃以及入口面外側距航行器外表面的豎直距離R₃。

2.根據權利要求1所述的一種軸對稱跨介質水空兩棲航行器動力系統匹配設計方法，其特征在于，所述步驟S2具體包括：

步驟201、根據所述電機外徑d確定所述前電機安裝位和所述后電機安裝位的電機安裝位外徑，表達式為：

D₁＝k₁*d

公式中，k₁表示材料系數，該系統的取值范圍為：1.13～1.27，d表示電機外徑；

步驟202、根據電機安裝位外徑D₁，計算出有效槳面積S，表達式為：

公式中，D₁表示電機安裝位的外徑，D表示槳徑；

步驟203、根據有效槳面積S，計算喉道直徑D₀，表達式為：

S₀＝k₂*S

公式組中，k₂表示為面積補償系數，該系數的取值范圍：1.03～1.10，S表示為有效槳面積，S₀表示為實際過流面積。

3.根據權利要求2所述的一種軸對稱跨介質水空兩棲航行器動力系統匹配設計方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括：

步驟301、根據電機安裝位外徑D₁，求出后電機安裝位迎風面積S₁，表達式為：

步驟302、根據所述后電機安裝位迎風面積S₁以及實際過流面積S₀，求出水平等直段面積S_水平，表達式為：

步驟303、根據所述水平等直段面積S_水平，得出所述水平等直段的直徑D_水平，表達式為：

公式中，D表示為槳徑，k₂表示為面積補償系數，該系數的取值范圍：1.03～1.10，k₁表示為材料系數，該系統的取值范圍為：1.13～1.27，d表示電機外徑。