[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

本發明公開了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，包括動力源的選擇和相關尺寸的設計，將動力源設定為航行器動力系統的核心部件，使入口面、電機安裝位、喉道等關鍵尺寸與動力源相關聯，并考慮實際情況增加多個修正參數，從而將各尺寸變為系數關聯，使關鍵尺寸隨動力源的選擇對應變化。本發明基于流量連續原理，由動力源決定動力系統整體型線，具有簡潔高效、適用范圍廣的特點，既可以依實際需求進行修正，亦可以驗證現有設計實例，同時可用于正向和逆向設計，大大縮短產品研制周期和成本，更好地滿足兩棲航行器制造的設計。

技術領域

本發明涉及航行器動力系統設計領域，特別是涉及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。

背景技術

跨介質航行器是指能同時在兩種或以上不同介質中工作的航行器，一般指跨越水和空氣兩種介質，最典型的應用為潛射導彈、反潛導彈等。因其兼具水下的靜音、隱蔽性，和空中的靈活、高機動性的優點，相關研究發展涉及領域廣泛，受到相當重視。

隨著跨介質航行器的發展，如何使動力系統能夠得到同時兼容兩種不同工作介質下的較優解已成為相關研究的重點。跨介質航行器動力系統工作中所跨介質的物理性質大不相同，可以以電機帶動螺旋槳作為動力源。以最典型的跨水/空氣為例，水的密度、阻力、粘性通常情況下比空氣大，但可壓縮性較小，較空氣可以提供更大浮力；工作時螺旋槳轉速與在空氣中相比差異較大；為在水中姿態保證穩定，還需要增加配重等，從而使航行器在不同介質中的升阻比、推重比差異變大，與此同時還需要兼顧減重、體積、推重比等諸多因素，設計過程較復雜，每次尋找較優解時需要不斷調整各部件結構，重復迭代使產品的研制周期和成本大大增加因此尋找有一種普適性的滿足多介質、跨介質過程的動力系統匹配設計方法很重要。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供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，該方法以動力系統的動力源，如螺旋槳等作為核心部件，則核心部件尺寸為螺旋槳尺寸，綜合考慮工作介質的可壓性、附面層摩擦損失的影響、減小空泡區形成等因素，將動力系統的其它關鍵尺寸與核心部件尺寸關聯，便于在跨介質航行器核心部件的參數確定后，快速得出其他關鍵尺寸參數，進一步利于螺旋槳等部件與兩棲航行器上游部件和下游部件匹配，從而實現研制周期大大縮短。

為實現上述目的，本發明采用的方案為：

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；

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；