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航行器水面滑行喷水推进特性研究

刘富强 孙元 王雪峰 闫靠

刘富强, 孙元, 王雪峰, 等. 航行器水面滑行喷水推进特性研究[J]. 水下无人系统学报, xxxx, x(x): x-xx doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202201007
引用本文: 刘富强, 孙元, 王雪峰, 等. 航行器水面滑行喷水推进特性研究[J]. 水下无人系统学报, xxxx, x(x): x-xx doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202201007
LIU Fu-qiang, SUN Yuan, WANG Xue-feng, YAN Kao. Study on Water-jet Propulsion Characteristics of Vehicle Planing[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202201007
Citation: LIU Fu-qiang, SUN Yuan, WANG Xue-feng, YAN Kao. Study on Water-jet Propulsion Characteristics of Vehicle Planing[J]. Journal of Unmanned Undersea Systems. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202201007

航行器水面滑行喷水推进特性研究

doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.202201007
详细信息
    作者简介:

    刘富强(1995-), 男, 硕士, 助理工程师, 研究方向为水下航行器设计及水中兵器定位与回收

  • 中图分类号: TJ630; U661.1

Study on Water-jet Propulsion Characteristics of Vehicle Planing

  • 摘要: 基于STAR-CCM+软件, 选用剪切应力传输k-w湍流模型, 采用多重运动参考系和理想水泵模型构建航行器水面航行喷水推进数值计算模型, 并进行了可行性验证。基于理想水泵模型对内流道单侧进水特性进行仿真, 并用理想水泵特征压差的大小表征轴流水泵吸水能力。对航行器在不同压差和不同浸没深度水面滑行工况进行数值仿真, 研究其流场特性和流体动力特性。结果表明, 理想水泵模型对轴流水泵吸水具有较好的仿真效果; 对比不同特征压差航行器内流道的流体动力特性, 发现随着压力值的增大, 内流道阻力明显增大, 内流道升力几乎不变; 在不同浸没深度水面滑行数值仿真中, 当进水口浸没深度大于20 mm, 内流道进水效果不再受浸没深度影响。研究结果可为水面航行器喷水推进工程应用提供参考。

     

  • 图  1  航行器静水面液面示意图

    Figure  1.  Schematic diagram of static water level of vehicle

    图  2  滑水试验照片与数值仿真对比

    Figure  2.  Comparison of experiment and numerical simulation

    图  3  周向进水水下航行器模型示意图

    Figure  3.  Schematic diagram of circumferential inlet underwater vehicle model

    图  4  双模航行器水面滑行效果图

    Figure  4.  Rendering of dual-mode vehicle planing

    图  5  航行器尾部结构以及电动力喷水推进模型

    Figure  5.  Tail structure of the vehicle and electro-dynamic hydraulic propulsion model

    图  6  航行器网格局部

    Figure  6.  Local mesh of the vehicle

    图  7  航行器不同$ \boldsymbol{\Delta P} $水面滑行密度云图

    Figure  7.  Density contour of vehicle planing under different $ \boldsymbol{\Delta P}$

    图  8  航行器不同$ \Delta P $水面滑行压力云图

    Figure  8.  Pressure contour of vehicle planing under different $ \Delta P $

    图  9  航行器不同$ \Delta P $水面滑行速度云图

    Figure  9.  Vehicle contour of vehicle planing under different $ \Delta P $

    图  10  航行器主体2 mm浸没深度初始状态密度云图

    Figure  10.  Density contour of main body of the vehicle at initial state with the immersion depth of 2 mm

    图  11  航行器进水口2 mm浸没深度稳态密度和速度云图

    Figure  11.  Steady-state density and velocity contour of vehicle inlet at the immersion depth of 2 mm

    图  12  不同浸没深度航行器水面滑行密度云图

    Figure  12.  Density contour of vehicle planing at different immersion depths

    图  13  不同浸没深度航行器水面滑行速度云图

    Figure  13.  Velocity contour of vehicle planing at different immersion depths

    表  1  不同网格数量特定工况水面滑行阻力特性

    Table  1.   Drag characteristics of planing at specific condition under different mesh quantity

    网格数量FD/N
    360万628.3
    450万530.8
    570万539.6
    684万540.2
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    表  2  航行器水面滑行理想水泵推力与总阻力

    Table  2.   Ideal pump thrust and total drag for vehicle planing

    $\Delta P$/kPa02030405060
    Ttx/N0.0178.8268.1357.5446.9536.3
    Fd/N153.2341.6395.8445.6483.7539.6
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    表  3  航行器不同$ \boldsymbol{\Delta P} $喷水特性及流体动力特性

    Table  3.   Water-jet characteristics and hydrodynamic characteristics of vehicle under different $\boldsymbol{\Delta P}$

    $\Delta P$/kPaM/(kg·s−1)v/(m·s−1)Fd/NFd_out/NFd_in/NFl/NFl_out/NFl_in/N
    00.3471.59153.2153.8−0.57338.8358.3−19.5
    2026.77.3341.6149.2192.4333.5411.0−77.5
    3031.78.85395.8148.6247.2332.2413.4−81.2
    4035.89.74445.6146.7298.9328.7412.8−84.1
    5039.110.69483.7146.1337.6317.9406.6−88.7
    6043.111.64539.6145.7393.9314.8404.2−89.4
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    表  4  航行器水平推力和阻力特性

    Table  4.   Horizontal thrust and drag characteristics of the vehicle

    $\Delta P$/kPa60708090100
    Ttx/N536.3625.7715.0804.4893.8
    Fd_b/N539.6583.6622.3650.5683.2
    Fd_t/N694.6738.6777.3805.5838.2
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    表  5  航行器不同浸没深度水面滑行流体动力特性

    Table  5.   Hydrodynamic characteristics of vehicle planing at different immersion depths

    h/mmM/(kg·s−1)v/(m·s−1)Fd/NFd_out/NFd_in/NFl/NFl_out/NFl_in/N
    233.358.266140621−133−36−97
    2052.214.054439505−6531−96
    4051.713.957669506−6535−100
    6051.614.261910951063163−100
    8051.614.2637118519163266−103
    10051.713.9650142509299396−97
    12051.213.9660153507340439−99
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-01-25
  • 修回日期:  2022-04-11
  • 网络出版日期:  2022-09-26

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