泵桨联合推进系统性能研究

论文摘要

由于各种舰艇的航速较低,机动性能差,极易被各种舰载武器击中。大幅提高舰艇航速与机动性,将使许多国家目前现有的反舰导弹命中率大幅下降,使鱼雷更难以命中,从而可以极大地提高舰艇的生命力。为提高军舰的快速性与机动性,南非海军的MEKOA-200 SAN轻型护卫舰推进器采用WARP模式,即喷水推进和螺旋桨推进联合使用。并在实际应用取得了较好的成绩,体现了泵桨联合推进系统的优越性。泵桨联合推进系统是一种新型的推进方式,已经引起造船工作者的关注。论文主要对泵桨联合推进性能进行研究,主要研究内容包括：泵桨联合推进系统的发展概况、喷水推进及螺旋桨推进性能理论研究、CFD计算方法研究、泵桨联合推进系统的流场流动特性及推进性能研究、螺旋桨旋向对泵桨联合推进系统性能影响研究、不同的喷水推进器与螺旋桨功率比对泵桨联合推进系统性能影响研究、螺旋桨与喷水推进器相对位置对泵桨联合推进系统性能影响研究。论文以计算流体力学为基础,应用商业CFD软件Fluent对泵桨联合推进系统流场进行数值模拟。分别对外旋桨、内旋桨泵桨联合推进系统进行数值模拟,并分析、比较泵桨联合推进系统的流动特性、推进性能及旋向的影响,并通过对5种不同喷水推进器功率、5种不同的螺旋桨与喷水推进器的相对位置进行数值模拟,进一步研究泵桨联合推进系统的推进性能。论文得到的主要结论如下：泵桨联合推进系统中,螺旋桨的推进性能有较大的提升,而喷水推进器的推进性能所受影响较小；泵桨联合推进系统受螺旋桨旋向的影响较大,与内旋桨相比,外旋桨泵桨联合推进系统的流场分布较为均匀,推进性能改善较好；螺旋桨的推进效率受喷水推进器功率影响较大；螺旋桨与喷水推进器的相对位置对泵桨联合推进系统的推进性能影响不大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的研究现状
• 1.2.1 喷水推进技术研究现状
• 1.2.2 螺旋桨推进技术研究现状
• 1.2.3 泵桨联合推进的研究现状
• 1.3 论文的主要工作内容
• 第2章 喷水推进及螺旋桨水动力性能
• 2.1 喷水推进基础理论
• 2.1.1 喷水推进推力
• 2.1.2 喷水推进推力的进口影响
• 2.2 螺旋桨推进基础理论
• 2.2.1 面元法基本方程
• 2.2.2 伴流与边界条件
• 2.2.3 Kutta条件
• 2.2.4 螺旋桨敞水理论
• 2.3 本章小结
• 第3章 泵桨联合推进CFD计算方法
• 3.1 流动控制方程
• 3.1.1 连续性方程
• 3.1.2 动量守恒方程
• 3.2 湍流数值求解方法
• 3.2.1 直接数值模拟（DNS）
• 3.2.2 大涡模拟（LES）
• 3.2.3 雷诺平均模拟（RANS）
• 3.3 湍流模型
• 3.3.1 k—ε二方程湍流模型
• 3.3.2 k—ω二方程湍流模型
• 3.4 数值离散方法
• 3.4.1 有限差分法（FDM）
• 3.4.2 有限体积法（FVM）
• 3.5 常用的离散格式
• 3.6 网格生成技术
• 3.6.1 结构网格生成技术
• 3.6.2 非结构网格生成技术
• 3.6.3 合网格生成技术
• 3.7 本章小结
• 第4章 泵桨联合推进数值模拟
• 4.1 泵桨联合推进系统方案设计
• 4.2 泵桨联合推进系统建模
• 4.2.1 坐标转换方法与模型建立
• 4.2.2 模型网格划分
• 4.3 泵桨联合推进系统的数值模拟
• 4.3.1 边界条件设定
• 4.3.2 监视参数设置
• 4.4 本章小结
• 第5章 数值模拟结果与分析
• 5.1 泵桨联合推进系统的流动特性
• 5.1.1 流场流线
• 5.1.2 速度矢量分布
• 5.1.3 压力分布
• 5.2 泵桨联合推进性能
• 5.2.1 螺旋桨推力及扭矩
• 5.2.2 喷水推进器推进性能
• 5.3 螺旋桨旋向的影响
• 5.3.1 流场流线
• 5.3.2 速度矢量分布
• 5.3.3 压力分布
• 5.3.4 螺旋桨推力及扭矩
• 5.3.5 喷水推进器推进性能
• 5.4 喷水推进器与螺旋桨的功率比的影响
• 5.5 螺旋桨与喷水推进器相对位置的影响
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢