船舶喷水推进器的主参数的确定方法与流程

本公开属于水下推进技术领域，特别涉及一种船舶喷水推进器的主参数的确定方法。

背景技术：

喷水推进器属于一种反作用力推进器，来流经进流管道，通过推进泵(即能量转换机构)后，增加水流的扬程，再经由喷嘴加速后，以一定的速度喷离船尾，这股水流产生的反作用力作为船舶前进的动力。

相关技术中，在对高速船舶喷水推进器进行设计时，一般都是借助母船的参数或者已有的经验方法，确定喷水推进器的主参数，所述主参数一般包括流量、扬程、比转速、汽蚀比转速。

然而，通过以上方法得到的喷水推进器的主参数，由于是通过对现有船型的主参数进行修正，而并未考虑实际喷水推进器的其他影响因素，这就造成得到的主参数与实际情况相差较大，进而导致产品性能并不能满足实际工况的要求。

技术实现要素：

本公开实施例提供了一种船舶喷水推进器的主参数的确定方法，可以提高船舶喷水推进器的主参数的准确度。

所述技术方案如下：

本公开实施例提供了一种船舶喷水推进器的主参数的确定方法，所述确定方法包括：

确定所述影响因子，所述影响因子包括进流管道损失系数、边界层对进口水流动量的影响系数、边界层对进口水流动能的影响系数；

确定所述影响因子的假设值；

根据喷水推进理论以及所述影响因子的假设值，得到船舶喷水推进器的主参数的假设值，所述主参数包括流量、扬程、比转速、汽蚀比转速；

基于所述主参数的假设值，对所述影响因子的假设值进行修正，得到影响因子的修正值；

基于所述影响因子的修正值，对所述主参数的假设值进行修正，得到主参数的修正值；

将所述主参数的修正值和所述影响因子的修正值相互不断迭代修正，直至所述主参数的修正值在设定数值范围内；

将在所述设定数值范围内的所述主参数的修正值，作为所述船舶喷水推进器的设计主参数。

在本公开的又一种实现方式中，所述根据喷水推进理论以及所述影响因子的假设值，得到船舶喷水推进器的主参数的假设值，包括：

根据喷水推进理论以及所述影响因子的假设值，得到推进效率与速比的关系曲线，所述速比为推进器喷口速度与船舶航速之比；

基于所述关系曲线的峰值，确定多个速比，并得到与所述多个速比相对应的多个推进效率；

根据与所述多个速比相对应的多个推进效率，得到多个所述主参数的假设值。

在本公开的又一种实现方式中，所述根据与所述多个速比相对应的多个推进效率，得到多个所述主参数的假设值，包括：

基于与所述多个速比相对应的多个推进效率，计算得到多个船舶推力的假设值；

基于多个所述船舶推力的假设值，结合船舶阻力曲线，得到多个船舶航速的假设值；

基于确定的所述多个速比与多个所述船舶航速的假设值，得到多个船舶喷口流速的假设值；

基于所述多个速比与多个所述影响因子的假设值，得到多个喷口直径的假设值；

基于多个所述船舶喷口流速的假设值和多个所述喷口直径的假设值，计算得到所述多个速比对应的多个主参数的假设值。

在本公开的又一种实现方式中，所述基于与所述多个速比相对应的多个推进效率，计算得到多个船舶推力的假设值，包括：

通过以下公式计算得到多个所述船舶推力的假设值；

其中，ti为多个速比ki对应的多个船舶推力的假设值；ne为船舶喷水推进器的额定输入功率，kw；η0为泵效；ηm为机械损失效率；ηci为多个速比ki对应的推进系统效率，v0i为多个速比ki对应的多个船舶航速假设值。

在本公开的又一种实现方式中，所述基于确定的所述多个速比与多个所述船舶航速的假设值，得到多个船舶喷口流速的假设值，包括：

通过以下公式计算得到多个所述船舶喷口流速的假设值；

vji＝voi·ki；

其中，v0i为多个速比ki对应的多个船舶航速假设值；vji为多个速比ki对应的船舶喷口流速假设值。

在本公开的又一种实现方式中，所述基于所述多个速比与多个所述影响因子的假设值，得到多个喷口直径的假设值，包括：

通过以下公式计算得到喷口直径的假设值；

其中，dji多个速比ki对应的多个喷口直径的假设值；ne为船舶喷水推进器的额定输入功率，kw；η0为泵效；vji为多个速比ki对应的船舶喷口流速假设值；k为进流管道损失系数的假设值；β为边界层对进口水流动能的影响系数；v0i为多个速比ki对应的船舶航速假设值。

在本公开的又一种实现方式中，所述基于多个所述船舶喷口流速的假设值和多个所述喷口直径的假设值，计算得到所述多个速比对应的多个主参数的假设值，包括：

计算所述流量的假设值，所述流量的假设值通过以下公式计算得到：

其中，qi为多个速比ki对应的多个流量的假设值；vji为多个速比ki对应的船舶喷口流速的假设值；dji为多个速比ki对应的多个喷口直径的假设值；

计算所述扬程的假设值，所述扬程的假设值通过以下公式计算得到：

hi＝neη0/qi；

其中，hi为多个速比ki对应的多个扬程的假设值；ne为船舶喷水推进器的额定输入功率；η0为泵效；qi为多个速比ki对应的多个流量的假设值；

计算所述比转速的假设值，所述比转速的假设值通过以下公式计算得到：

其中，nsi为多个速比ki对应的多个比转速的假设值；hi为多个速比ki对应的多个扬程的假设值；qi为多个速比ki对应的多个流量的假设值；n为速比ki对应的个数；

计算所述汽蚀比转速的假设值，所述汽蚀比转速的假设值通过以下公式计算得到：

其中，csi为汽蚀比转速的假设值；qi为多个速比ki对应的多个流量的假设值；n为速比ki对应的个数；v0i为多个速比ki对应的船舶航速假设值；β为边界层对进口水流动能的影响系数；hc为所述船舶喷水推进器的安装高度。

在本公开的又一种实现方式中，所述基于所述主参数的假设值，对所述影响因子的假设值进行修正，得到影响因子的修正值，包括：

根据所述主参数的假设值，确定所述船舶喷水推进器的叶轮参数，所述叶轮参数包括叶轮类型、叶片数、叶轮轮毂直径和叶轮外圆直径；

根据所述流量的假设值以及所述叶轮参数，得到进流管道损失系数的修正值；

根据边界层理论公式和流体边界层的流速分布，得到边界层对进口水流动量的影响系数的修正值和边界层对进口水流动能的影响系数的修正值。

在本公开的又一种实现方式中，所述根据所述流量的假设值以及所述叶轮参数，得到进流管道损失系数的修正值，包括：

根据所述叶轮参数、所述汽蚀比转速的假设值和比转速的假设值，计算得到管道损失参数，所述管道损失参数包括进口损失、格栅损失、喷口收缩损失、附体损失；

根据所述管道损失参数和所述多个速比对应的多个船舶航速假设值，计算得到多个进流管道损失系数的修正值。

在本公开的又一种实现方式中，所述根据所述管道损失参数和所述多个速比对应的多个船舶航速假设值，计算得到多个进流管道损失系数的修正值，包括：

通过以下公式计算得到所述进流管道损失系数的修正值；

其中，ki为多个速比ki对应的修正后的多个管路损失系数；δhii为多个速比ki对应的进口损失；δhgi为多个速比ki对应的格栅损失；δhsi为多个速比ki对应的喷口收缩损失；δhfi为多个速比ki对应的附体损失。

本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过本公开实施提供的船舶喷水推进器的主参数的确定方法在进行设计推进器时，由于该确定方法中首先根据经验参数，对影响因子进行假定，这样便可根据经验或者现有数据得到推进器的影响因子的假设值。

接着，根据影响因子的假设值以及喷水推进理论，便可对应得到多个不同速比对应的不同推进效率。然后，利用不同的推进效率，便可计算得到推进器的主参数的假设值。

再接着，便可利用主参数的假设值对影响因子的假设值进行修正，得到影响因子的修正值，以及利用影响因子的修正值对主参数的假设值进行修正，得到主参数的修正值。最后通过不断迭代，得到设计主参数。

本公开提供的喷水推进器的主参数确定方法，由于是通过影响因子得到主参数，并将二者进行不断修正，使得设计主参数在确定时，考虑了对推进系统效率的影响因素，将做功部件(泵)—通流管道系统—船体三者看做一个整体进行研究，优化主参数，使得主参数更能符合实际情况。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本公开实施例提供的一种船舶喷水推进器的主参数的确定方法的流程图；

图2是本公开实施例提供的另一种船舶喷水推进器的主参数的确定方法的流程图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。

本公开实施例提供了一种船舶喷水推进器的主参数的确定方法，如图1所示，确定方法包括：

s101：确定影响因子，影响因子包括进流管道损失系数、边界层对进口水流动量的影响系数、边界层对进口水流动能的影响系数。

s102：确定影响因子的假设值。

s103：根据喷水推进理论以及影响因子的假设值，得到船舶喷水推进器的主参数的假设值，主参数包括流量、扬程、比转速、汽蚀比转速；

s104：基于主参数的假设值，对影响因子的假设值进行修正，得到影响因子的修正值；

s105：基于影响因子的修正值，对主参数的假设值进行修正，得到主参数的修正值；

s106：将主参数的修正值和影响因子的修正值相互不断迭代修正，直至主参数的修正值在设定数值范围内；

s107：将在设定数值范围内的主参数的修正值，作为船舶喷水推进器的设计主参数。

通过本公开实施提供的船舶喷水推进器的主参数的确定方法在进行设计推进器时，由于该确定方法中首先根据经验参数，对影响因子进行假定，这样便可根据经验或者现有数据得到推进器的影响因子的假设值。

接着，根据影响因子的假设值以及喷水推进理论，便可对应得到多个不同速比对应的不同推进效率。然后，利用不同的推进效率，便可计算得到推进器的主参数的假设值。

再接着，便可利用主参数的假设值对影响因子的假设值进行修正，得到影响因子的修正值，以及利用影响因子的修正值对主参数的假设值进行修正，得到主参数的修正值。最后通过不断迭代，得到设计主参数。

本公开提供的喷水推进器的主参数确定方法，由于是通过影响因子得到主参数，并将二者进行不断修正，使得设计主参数在确定时，考虑了对推进系统效率的影响因素，将做功部件(泵)—通流管道系统—船体三者看做一个整体进行研究，优化主参数，使得主参数更能符合实际情况。

图2是本公开实施例提供的另一种船舶喷水推进器的主参数的确定方法的流程图，结合图2，确定方法包括：

s201：确定影响因子，影响因子包括进流管道损失系数、边界层对进口水流动量的影响系数、边界层对进口水流动能的影响系数。

s202：确定影响因子的假设值。

根据经验参数，对影响因子进行假定，得到影响因子的假设值，影响因子包括k、α、β；其中k为进流管道损失系数，α为边界层对进口水流动量的影响系数，β为边界层对进口水流动能的影响系数。

本实施例中，依据已有相似船型喷水推进装置的经验参数，假定k进流管道损失系数、α边界层对进口水流动量的影响系数、β边界层对进口水流动能的影响系数。

s203：根据喷水推进理论以及影响因子的假设值，得到船舶喷水推进器的主参数的假设值，主参数包括流量、扬程、比转速、汽蚀比转速。

步骤s203通过以下方式进行实现：

(1)根据喷水推进理论以及影响因子的假设值，得到推进效率与速比的关系曲线，速比为推进器喷口速度与船舶航速之比。

示例性地，本实施例，根据喷水推进理论中的k值法，推导得到ηc＝f(k，k)曲线，其中，ηc为推进系统效率；k为进流管道损失系数的假设值；k为速比。

(2)基于关系曲线的峰值，确定多个速比，并得到与多个速比相对应的多个推进效率。

在上述实现方式中，查阅喷水推进理论(k值法)，并通过该理论值推导出的ηc＝f(k，k)曲线，当k(由步骤1给出)一定，在ηc曲线最高点的附近，一次选取n个速比，每个速比分别记为ki(1≤i≤n)，对应曲线上n个推进效率，分别记为ηci。

(3)根据与多个速比相对应的多个推进效率，得到多个主参数的假设值。

以上步骤(3)通过以下方式实现：

(3.1)基于与多个速比相对应的多个推进效率，计算得到多个船舶推力的假设值。

示例性地，通过以下公式计算得到多个船舶推力的假设值；

其中，ti为多个速比ki对应的多个船舶推力的假设值；ne为船舶喷水推进器的额定输入功率，kw；η0为泵效；ηm为机械损失效率；ηci为多个速比ki对应的推进系统效率，v0i为多个速比ki对应的多个船舶航速假设值。

(3.2)基于多个船舶推力的假设值，结合船舶阻力曲线，得到多个船舶航速的假设值。

在上述实现方式中，令ti＝ri，ri为速比ki对应的船舶阻力，在船舶阻力曲线图上找到ri对应的船舶航速v0i，则速比ki对应的船舶航速假设值便可知道。

(3.3)基于确定的多个速比与多个船舶航速的假设值，得到多个船舶喷口流速的假设值。

通过以下公式计算得到多个船舶喷口流速的假设值；

vji＝v0i·ki；(2)

其中，v0i为多个速比ki对应的多个船舶航速假设值；vji为多个速比ki对应的船舶喷口流速假设值。

(3.4)基于多个速比与多个影响因子的假设值，得到多个喷口直径的假设值。

通过以下公式计算得到喷口直径的假设值；

其中，dji多个速比对应的多个喷口直径的假设值；ne为船舶喷水推进器的额定输入功率，kw；η0为泵效；vji为多个速比ki对应的船舶喷口流速假设值；k为进流管道损失系数的假设值；β为边界层对进口水流动能的影响系数；v0i为多个速比ki对应的船舶航速假设值。

(3.5)基于多个船舶喷口流速的假设值和多个喷口直径的假设值，计算得到多个速比对应的多个主参数的假设值。

计算流量的假设值，流量的假设值通过以下公式计算得到：

其中，qi为多个速比ki对应的多个流量的假设值；vji为多个速比ki对应的船舶喷口流速的假设值；dji多个速比ki对应的多个喷口直径的假设值；

计算扬程的假设值，扬程的假设值通过以下公式计算得到：

hi＝neη0/qi；(5)

其中，hi为多个速比ki对应的多个扬程的假设值；ne为船舶喷水推进器的额定输入功率；η0为泵效；qi为多个速比ki对应的多个流量的假设值；

计算比转速的假设值，比转速的假设值通过以下公式计算得到：

其中，nsi为多个速比ki对应的多个比转速的假设值；hi为多个速比ki对应的多个扬程的假设值；qi为多个速比ki对应的多个流量的假设值；n为速比ki对应的个数；

计算汽蚀比转速的假设值，汽蚀比转速的假设值通过以下公式计算得到：

其中，csi为汽蚀比转速的假设值；qi为多个速比ki对应的多个流量的假设值；n为速比ki对应的个数；v0i为多个速比ki对应的船舶航速假设值；β为边界层对进口水流动能的影响系数；hc为船舶喷水推进器的安装高度

s204：基于主参数的假设值，对影响因子的假设值进行修正，得到影响因子的修正值。

(4.1)根据主参数的假设值，确定船舶喷水推进器的叶轮参数，叶轮参数包括叶轮类型、叶片数、叶轮轮毂直径和叶轮外圆直径。

在上述实现方式中，由nsi、csi,可初步选定叶轮类型、叶片数zi、叶轮轮毂直径dfi和叶轮外圆直径dri。

(4.2)根据流量的假设值以及叶轮参数，得到进流管道损失系数修正值。

首先，根据叶轮参数、汽蚀比转速的假设值和比转速的假设值，计算得到管道损失参数，管道损失参数包括进口损失、格栅损失、喷口收缩损失、附体损失。

然后，根据管道损失参数和多个速比对应的多个船舶航速假设值，计算得到多个进流管道损失系数的修正值。

示例性地，通过以下公式计算得到进流管道损失系数修正值；

其中，ki为速比ki对应的修正后的管路损失系数；δhii为进口损失；δhgi为格栅损失；δhsi为喷口收缩损失；δhfi为附体损失。

(4.3)根据边界层理论公式和流体边界层的流速分布，得到边界层对进口水流动量的影响系数修正值和边界层对进口水流动能的影响系数修正值。

示例性地，步骤(4.3)通过以下方式实现：

(1)确定喷水推进器的进水口位置与船艏位置的距离以及喷水推进器的船速，并根据距离和船速计算得到沿船长方向的边界层厚度。

由推进器进水口位置距船艏位置l，船速v0i，求出沿船长方向的边界层厚度。

通过以下公式得到边界层厚度；

δi＝f(l，voi)；(9)

其中，δi为边界层厚度；l为推进器进水口位置距船艏位置，v0i为船速。

(2)根据边界层理论公式和边界层厚度，计算得到边界层中的流体的速度分布。

根据边界层厚度δi，即可得到边界层中的流体的速度分布。

流体的速度分布公式如下：

vyi＝f(δi，y)；(10)

其中，y为从船壳量起与流速方向垂直的坐标，边界层外流体速度vyi＝v0i。

(3)根据流体边界层的流速分布，得出边界层对进口水流动量的影响系数修正值和边界层对进口水流动能的影响系数修正值。

通过流体边界层的流速分布，即可得出进流口处的实际输入动量和动能，由实际输入能量求得影响因子。

计算公式如下：

其中，αi、βi为速比ki对应的进口水流动量的影响系数修正值和边界层对进口水流动能的影响系数修正值；a为进口水流横截面。

s205：根据喷水推进理论以及影响因子的修正值，得到推进效率的修正值。

步骤s205与步骤s203中推进效率的假定在值确定方法完全相同，只是将影响因子假设值替换为之前的影响因子的修正值，这里不再赘述。

s206：根据推进效率的修正值，得到船舶喷水推进器的主参数的修正值。

步骤s206与步骤s204相同，只是将推进效率假设值替换为之前的推进效率的的修正值，这里不再赘述。

s207：将主参数的修正值和影响因子的修正值相互不断迭代修正，直至主参数的修正值在设定数值范围。

s208：将在设定数值范围内的主参数的修正值，作为船舶喷水推进器的设计主参数。

在上述实现方式中，通过将修正后的主参数继续执行步骤s205和s206，不断修正ki、αi、βi，然后再次将修正后的ki、αi、βi的继续执行，反复迭代计算，直到设计主参数的变化在规定的范围内，结束主参数的选择，便可得到最终的主参数。

以上仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。