一种基于异构耦合叶片的泵喷推进器转子及设计方法与流程

本申请涉及船舶推进装置的，具体而言，涉及一种基于异构耦合叶片的泵喷推进器转子及设计方法。

背景技术：

1、现代舰船对船舶推进装置的要求不断提高，不仅要求其有较高的效率，而且要求其振动更小、噪声更低。对于舰船低噪声推进器的研究和开发，一直是国内外船舶设计、使用部门的研究热点。其中，泵喷推进器是一类包含前/后置定子的导管推进器，具有良好的推进性、空化性、运转稳定性以及声隐蔽性，被应用于水下航行器和高速水面舰船。然而，转子与导管内壁之间的叶梢区域不可避免地会产生复杂的间隙流动，容易产生梢隙空化和强烈的压力脉动，从而对推进器整体的推进性能、结构振动及辐射噪声特性产生很大的负面影响。

2、当前通过转子叶梢卸载、多叶片设计等设计方法虽然能提高推进器临界航速，但是叶根处叶片布置紧密，产生的翼栅效应影响和叶梢卸载使推进器推进效率有所下降，难以满足未来更高航速下无空化高效低噪声的航行要求。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种基于异构耦合叶片的泵喷推进器转子及设计方法，能够在大幅提升推进器临界航速的同时降低推进器噪声，可应用于多类型推进器转子高航速低噪声设计。

2、本申请的实施例是这样实现的：

3、本申请实施例提供一种基于异构耦合叶片的泵喷推进器转子，其特征在于，包括多组沿转子毂周向交错耦合布置的转子叶片，每组所述的转子叶片包括长叶片和短叶片，每组长叶片的叶梢部均与圆形端环的内壁相连接，每组短叶片均设于相邻的两片长叶片之间的空隙区域，短叶片的叶根部固定于所述的圆形端环的内壁上。

4、在一些可选的实施方案中，所述的短叶片的叶梢部位于转子内半径处，不与转子毂连接。

5、在一些可选的实施方案中，所述的圆形端环嵌设于泵喷推进器导管的内壁凹槽中，圆形端环的内表面与所述的导管的内壁面平滑过渡。

6、在一些可选的实施方案中，所述的短叶片的叶根部弦长长于叶梢部弦长，弦长由叶根向叶梢递减。

7、在一些可选的实施方案中，所述的圆形端环的外壁面与所述的内壁凹槽的表面之间设有间隙，间隙距离不超过10mm。

8、一种基于异构耦合叶片的泵喷推进器转子的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

9、步骤a，确定转子构型：

10、转子叶片有两种不同型式的叶片构成，沿转子毂的周向交错耦合布置，转子一种叶片在径向较长，另一种叶片在径向较短，长叶片叶梢部与圆形端环固定，叶根部与转子毂固定，短叶片叶根部与圆形端环固定，叶梢部不与转子毂连接；

11、步骤b，转子叶片设计：

12、在确定转子叶片构型的基础上，根据推进器的推力、转速及临界航速指标，确定叶片数及载荷分布特征，根据载荷开展转子叶片叶型匹配设计，通过调整短叶片叶型和相对于长叶片沿周向及轴向的相对位置，完成转子叶片设计；

13、步骤c，圆形端环设计：

14、圆形端环嵌设于泵喷推进器导管的内壁凹槽中，并保持圆形端环沿轴向的内表面与导管的内壁面平滑过渡，实现推进器内部水流平顺流动；

15、步骤d，推进器水动力性能计算：

16、在完成转子设计后，采用计算流体力学方法，在考虑水流粘性作用的条件下，完成推进器设计方案的水动力性能计算，预估推进器效率、空化、声学性能，并根据计算结果，对部分设计参数进行优化调整。

17、在一些可选的实施方案中，所述的转子叶片采用naca翼型，长叶片与短叶片在0.6d～1.0d范围内叶片型值保持一致，d为转子直径，短叶片在0.6d到更小半径处弦长以光滑过渡形式递减，在0.4d半径处缩短为零。

18、在一些可选的实施方案中，所述的短叶片相对于长叶片的轴向位置的区间值为沿出流方向0～30％的短叶片弦长，在轴向等角度分布的初始状态下，向长叶片吸力面偏转不超过20％*360/n的角度，n为转子叶片数。

19、本申请的有益效果是：1、本申请提供的一种基于异构耦合叶片的泵喷推进器转子及设计方法，通过对叶片耦合受力单元的结构进行设计，不产生转子叶片梢涡，能够在大幅提升推进器临界航速的同时降低推进器噪声；2、增设端环不仅使转子毂附近的翼栅阻塞效应明显减小，而且能实现在不降低效率的前提下转子叶数的进一步增加，有利于叶片空泡能和噪声性能的提升；3、可应用于各类型高效高航速低噪声喷水推进器或泵喷推进器转子设计，加工工艺成熟，具有良好的应用前景。

技术特征：

1.一种基于异构耦合叶片的泵喷推进器转子，其特征在于，包括多组沿转子毂周向交错耦合布置的转子叶片，每组所述的转子叶片包括长叶片和短叶片，每组长叶片的叶梢部均与圆形端环的内壁相连接，每组短叶片均设于相邻的两片长叶片之间的空隙区域，短叶片的叶根部固定于所述的圆形端环的内壁上。

2.根据权利要求1所述的一种基于异构耦合叶片的泵喷推进器转子，其特征在于，所述的短叶片的叶梢部位于转子内半径处，不与转子毂连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于异构耦合叶片的泵喷推进器转子，其特征在于，所述的圆形端环嵌设于泵喷推进器导管的内壁凹槽中，圆形端环的内表面与所述的导管的内壁面平滑过渡。

4.根据权利要求3所述的一种基于异构耦合叶片的泵喷推进器转子，其特征在于，所述的短叶片的叶根部弦长长于叶梢部弦长，弦长由叶根向叶梢递减。

5.根据权利要求3或4所述的一种基于异构耦合叶片的泵喷推进器转子，其特征在于，所述的圆形端环的外壁面与所述的内壁凹槽的表面之间设有间隙，间隙距离不超过10mm。

6.采用上述权利要求5所述的一种基于异构耦合叶片的泵喷推进器转子的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种基于异构耦合叶片的泵喷推进器转子的设计方法，其特征在于，所述的转子叶片采用naca翼型，长叶片与短叶片在0.6d～1.0d范围内叶片型值保持一致，d为转子直径，短叶片在0.6d到更小半径处弦长以光滑过渡形式递减，在0.4d半径处缩短为零。

8.根据权利要求7所述的一种基于异构耦合叶片的泵喷推进器转子的设计方法，其特征在于，所述的短叶片相对于长叶片的轴向位置的区间值为沿出流方向0～30％的短叶片弦长，在轴向等角度分布的初始状态下，向长叶片吸力面偏转不超过20％*360/n的角度，n为转子叶片数。

技术总结
本发明提出一种基于异构耦合叶片的泵喷推进器转子及设计方法，包括多组沿转子毂周向交错耦合布置的转子叶片，每组转子叶片包括长叶片和短叶片，每组长叶片的叶梢部均与圆形端环的内壁相连接，每组短叶片均设于相邻的两片长叶片之间的空隙区域，短叶片的叶根部固定于圆形端环的内壁上，本发明能在缩比半悬挂舵进行加载试验时，对缩比半悬挂舵舵系进行扭矩施加，以及舵系扭矩数值大小的监测，完成相应的空载试验、静载试验与动载试验。

技术研发人员：夏林生,郭彬,王国栋
受保护的技术使用者：中国舰船研究设计中心
技术研发日：
技术公布日：2025/2/17