船舶喷水推进器推力分布研究
第１４卷第８期 ２０１０年８月 船舶力学 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｈｉｐ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ Ｖｏ１．１４ Ｎｏ．８ Ａｕｇ．２０１０
文章编号：１００７—７２９４（２０１０）０８一－０８４１—０６
船舶喷水推进器推力分布研究
丁江明 ，王永生 ，张志宏ｂ
（海军工程大学ａ．船舶与动力学院；ｂ．理学院，武汉４３００３３）
摘要：应用计算流体力学方法对一典型内置推力轴承混流式喷水推进器的流场进行了数值模拟，计算和分析了 叶轮、导叶体、进水流道等主要水力部件的推力分布。计算结果显示：（１）在推进特性线上的设计工况，内置推力 轴承上的推力约为喷水推进器净推力（合力）的１．５倍，泵静止部件上的推力约为净推力的一０．５倍，进水流道上 的推力很小，可忽略不计；（２）各部件上的推力占净推力的比例在推进特性线上的其它工况基本维持不变；（３） 在非推进特性线上的工况，各部件上的推力分布不同于推进特性线上的工况，来流速度与泵转速的比值越高时 泵静止部件上向后的推力越大，进水流道上的推力不再是可忽略的小量了。喷水推进器推力分布规律的研究结 果可为喷水推进器和船尾结构的强度设计时加载水动力作用项提供参考。 关键词：船舶；喷水推进；计算流体力学；推力分布 中图分类号：Ｕ６６４．３４ 文献标识码：Ａ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｒｕｓｔ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｒｉｎｅ ｗａｔｅｒｊ ｅｔ
ＤＩＮＧ Ｊｉａｎｇ－ｍｉｎｇ ，ＷＡＮＧ Ｙｏｎｇ－ｓｈｅｎｇ ，ＺｔｌＡＮＧ Ｚｈｉ－ｈｏｎｇ （ａ．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｎａｖａｌ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ；ｂ．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ．， Ｎａｖａｌ Ｕｎｉｖｅｍｉｔｙ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，，Ｗｕｈａｎ ４３００３３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｏｆ ａ ｔｙｐｉｃａｌ ｍｉｘｅｄ－ｆｌｏｗ ｗａｔｅｒｊｅｔ ｗｉｔｈ ｔｈｒｕｓｔ ｂｅａｒｉｎｇ ｉｍｂｅｄｄｅｄ ｗａｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ（ＣＦＤ）＇ｃｏｄｅ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅ ｉｔｓ ｔｈｒｕｓｔ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｎ ｅａｃｈ ｃｏｍｐｏ－－
ｎｅｎｔｓ．Ｓｏｍｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ａｒｅ ｄｒａｗｎ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ：（１）Ｔｈｅ ｔｈｒｕｓｔ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｎ ｗａｔｅｒｊｅｔ ｃｏｍｐｏ．一 ｎｅｎｔｓ ｉｓ ａｌｍｏｓｔ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｌｏｎｇ ｐｒｏｐｕｌｓｉｖｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｕｒｖｅ．（２）Ｉｎ ｔｈｅ叩一 ｅｒａｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｌｏｎｇ ｔｈｅ ｐｒｏｐｕｌｓｉｖｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ＣＵ１ＴＯ ｔｈｅ ｔｈｒｕｓｔ ｆｒａｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｒｕｓｔ－ｂｅａｒｉｎｇ ａｎｄ ｓｔａｔｏｒ—－ ｂｏｗｌ ａｒｅ ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ ｅｑｕａｌ ｔｏ １．５ ａｎｄ－０．５ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ；ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｒｕｓｔ ｏｎ ｉｎｌｅｔ ｄｕｃｔ ｉｓ ｉｇｎｏｒａｂｌｅ．（３） Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｄｅｖｉａｔｅ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｐｒｏｐｕｌｓｉｖｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｕｒｖｅ，ｔｈｅ ｔｈｒｕｓｔ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｃｈａｒ－
ａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｒｅ ｃｈａｎｇｅｄ．Ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｔｈｒｕｓｔ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｎ ｔｈｒｕｓｔ－ｂｅａｒｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｔｈｒｕｓｔ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｎ ｓｔａｔｏｒ－一ｂｏｗｌ ｉｎｃｒｅａｓｅ ａｌｏｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｓｈｉｐ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｔｏ ｐｕｍｐ ｓｐｅｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｔｈｒｕｓｔ ｏｎ ｉｎｌｅｔ ｄｕｃｔ ｒｉｓ．－ ｅｓ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｔｏ ａ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｍａｇｎｉｔｕｄｅ．．Ｔｈｅｓｅ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ ｃａｎ ｂｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｄ ｔｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｌｏａｄ ｄｕｒｉｎｇ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｗａｔｅｒｊｅｔ ａｎｄ ｓｔｅｒｎ ｈｕｌ１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｈｉｐ；ｗａｔｅｒｊｅｔ ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ；ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ；ｔｈｒｕｓｔ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
１引 言
船舶喷水推进器的推力分布特性直接关系到喷水推进器各部件的应力分布以及船尾结构水动力
收稿日期：２０１０一Ｏ２一Ｏ９ 基金项目：国防“十一・五”预研项目资助 作者简介：丁江明（１９７６－），男，海军工程大学船舶与动力学院讲师，博士生，Ｅ—ｍａｉｌ：ｇｏｏｄｌｕｃｋｄｊｍ＠ｓｉｎａ．ｃｏｒｎ。
８４２ 船舶力学 第１４卷第８期
负载的大小，是喷水推进器和船体结构强度设汁的重要依据之一，因而既是造船设计师也是轮机工程
师所关心的问题口－２１。但是喷水推进有别于螺旋桨推进，喷水推进器的推力分布比螺旋桨复杂，无法从 推进轴系上直接测量求取。
随着计算流体力学（ＣＦＤ）技术的快速发展和计算机硬件性能的快速提高，喷水推进器的水动力
性能越来越多地采用数值模拟方法来计算和分析，并能取得较精确的计算结果［３－５］。采用ＣＦＤ方法研 究喷水推进器的推力分布是一种有效的途径。本文借助ＣＦＤ方法对一典型混流式喷水推进器的流场
进行了数值模拟，按推进特性和非推进特性两种工况详细地分析了喷水推进器在直航时各部件上的 推力分布特性。
２喷水推进器的两类结构及推力传递
不同厂商生产的喷水推进器的结构各不相同，根据推力轴承安装位置以及推力传递路径的不同 可分成两种类型。第一类喷水推进器的推力轴承安装在导叶体轮毂内，动叶片上的流体作用力通过该 推力轴承传递到导叶体后再作用到船体上。ＫａＭｅＷａ公司生产的喷水推进器大多属于这种类型（图
１）。第二类喷水推进器的轮毂内没有推力轴承，动叶片上的流体作用力通过叶轮轴传递到舱内的推力
轴承后再传递到船体。Ｗａｒｔｓｉｌａ公司生产的喷水推进器大多属于这种类型（图２）。
图１内置推力轴承的喷水推进器（ＫａＭｅＷａ公司） 图２外置推力轴承的喷水推进器（Ｗａｒｔｓｉｌａ公司） Ｆｉｇ．１ Ｗａｔｅｒｊｅｔ ｗｉｔｈ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｔｈｒｕｓｔ ｂｅａｒｉｎｇ Ｆｉｇ．２ Ｗａｔｅｒｊｅｔ ｗｉｔｈ ｓｅｐａｒａｔｅｄ ｔｈｒｕｓｔ ｂｅａｒｉｎｇ （ｆｒｏｍ ＫａＭｅＷａ）（ｆｒｏｍ Ｗａｒｔｓｉｌａ） 此外，为了减小叶轮轮毂旋转时与导叶体轮毂问的磨损并减小推力轴承的负荷，叶轮轮毂上常采
取水力平衡措施，即在叶轮轮毂内侧引入压力水。图１所示的喷水推进泵的叶轮轮毂上钻有平衡孔，
连通轮毂内外侧，将流道内泵进口处的水流引入轮毂内以达到水力平衡的目的。图２所示的喷水推进 泵没有在轮毂上钻平衡孔，而是从导叶体引入压力水连接到叶轮轮毂内部进行水力平衡。对于水力模
型相同的喷水推进器，由于推力轴承的安装位置以及叶轮水力平衡措施的不同，各部件上推力分布是 不同的。本文只限于研究图１所示的内置推力轴承、叶轮轮毂上钻平衡孔类型的喷水推进器的推力分
布。这种类型的结构在大功率喷水推进器上有着广泛应用。
３计算模型
装船工作的喷水推进器受船体边界层的影响，进入进水流道的水流是不均匀的。选取计算区域时
应将进水口外船体下方的流体也包括在内，与进水流道以及泵内的流体共同组成整个喷水推进系统
的数值计算域。船体下方的流体区域要求大小得当，边界与进水口之问的距离合适。距离太小时边界
参数受进水口的影响不能忽略，造成边界条件设置困难；距离太大时，流场区域过大，计算量偏大。经 研究，取计算域纵向长度为泵进水口直径的３Ｏ倍，宽度为泵进水口直径的１Ｏ倍，深度为泵进水口直
径的１５倍（图３）嘲。
第８期 丁江明等：船舶喷水推进器推力分布研究 ８４３
图３唢水推进系统的计算域 图４泵单兀Ｊ碉格 Ｆｉｇ．３ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｌｅｇｉｏｎ ｏｆ ｗａｔｅｒｅｒ ｓｙｓｔｅｍ Ｆｉｇ．４ Ｍｅｓｈ ｏｎ ｐｕｍｐ ｕｎｉｔ 整个计算域采用多块六面体结构化网格划分，网格单元总数为３４０万。在设定边界条件时，根据 Ｓｖｅｎｓｓｅｎ对喷水推进船实船的测量结果来考虑船体边界层的影响，采用Ｗｉｅｇｈａｒｄｔ公式求取边界层厚
度［７】。计算过程采用了多参考系方法来处理叶轮的旋转，控制方程采用ＳＳＴ ｋ－ｏＪ湍流模型进行封闭，压
力与速度的耦合采用ＳＩＭＰＬＥ算法，对流项采用二阶迎风离散格式。
４计算结果及分析
４．１功率和推力计算结果的校验 为了保证喷水推进器各个部件上推力计算的可信性，需对喷水推进器数值计算结果进行验证。喷 水推进泵内部以及进水流道的受力比较复杂，难以测量，对各过流部件推力分布的数值计算值直接进 行校验难度较大。为此，采用对功率、推力等外特性的数值计算值进行校验的方法来判断整个喷水推
进器数值计算的精度。表１是本文研究的某喷水推进船在推进特性线上的四个工况下喷水推进器的 推力和功率的数值计算值与厂商提供的外特性数据的比较结果。从工况１到工况４，航速依次为设计
航速的１００％、８７．５％、７５％和６２．５％。从表１可见，从高速到低速的各个推进特性工况下，推力和功率 的数值预报结果与厂商的性能数据较接近，推力计算结果的最大误差４．３４％；功率计算结果的最大误
差～４．０７％。喷水推进器厂商提供的外特性数据与实船试航数据也吻合较好。这间接地证明用于分析喷
水推进器推力分布的数值计算方法及其结果是可信的。 表１推力和功率的数值计算值与厂商数据的比较（以厂商数据为基准） Ｔａｂ．１ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｔｈｒｕｓｔ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂｙ ＣＦＤ ｃｏｄｅ ａｎｄ
ｔｈａｔ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｂｙ ｗａｔｅｒｊｅｔ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒ
４．２推进特性线上各工况的推力分布 表２为直航正车推进时推进特性线上的四个工况下喷水推进器各部件上的推力分布情况。推力
大小以占净推力（合力）大小的百分比来表示。表２中的工况对应表１中的工况，推进泵属于图１所示 的类型。因轮毂上平衡孔的存在，可近似地认为叶轮轮毂内外侧压力相等，流体作用在轮毂内外侧壁
面上的推力互相抵消，内置在泵内的推力轴承所承受的推力近似等于动叶片上推力。
从表２的计算结果可以看出，喷水推进器的推力分布与螺旋桨推进的推力分布有较大的不同，其
净推力不等于推力轴承上的推力，而是推力轴承、泵静止部件以及进水流道上的轴向推力之和。本文
喷水推进装置轴系设计技术探讨
２０１０年ｌ２月 第６期 船 舶 ＳＨＩＰ＆Ｂ０ＡＴ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，２０１０ ＮＯ．６
［研究与设计］
喷水推进装置轴系设计技术探讨
张 岩 刘建国 王立祥
（七Ｏ八研究所 上海２０００１ １）
［关键词］喷水推进；轴系设计；密封；轴承 ［摘要］针对三种典型的喷水推进装置轴系结构形式，从轴承、密封、润滑等主要方面的技术特点进行分析， 结合工程实际应用，从可靠性、维修性及适用性角度指出了它们的优缺点，对相关设计人员具有较好参考价值。 ［中图分类号］Ｕ６６４．２ ［文献标识码］Ａ ［文章编号］１００１—９８５５（２０１０）０６—０００５—０５
Ｏｎ Ｗａｔｅｒ－ｊｅｔ Ｓｈａｆｔｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ
Ｚｈａｎｇ Ｙａｎ Ｌｉｕ Ｊｉａｎｇｕｏ Ｗａｎｇ Ｌｉｘｉａｎｇ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗａｔｅｒ－ｊｅｔ；ｓｈａｆｔｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ；ｓｅａｌｉｎｇ；ｂｅａｒｉｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ ａｔ ｔｈｒｅｅ ｓｈａｆｔｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｏｆ ｔｙｐｉｃａｌ ｗａｔｅｒ－ｊｅｔ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｔｈｅ ｂｅａｒｉｎｇ，ｓｅａｌｉｎｇ，ｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇ ａｎｄ ｓｏ ｏｎ，ａｎｄ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ，
ｍａｉｎｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒａｃｔｉｃｅ．Ｉｔ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｖａｌｕｅ ｔｏ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｄｅｓｉｇｎｅｒｓ．
０ 引 言
喷水推进作为一种特殊的船舶推进方式，以其 良好的抗空泡能力、优良的浅吃水性能、极强的变工
况能力、低噪声振动及高推进效率，使其在高性能船
艇、内河浅吃水船和高速渡轮等船舶上占据重要的
对旋轴流式喷水推进器内部流动数值模拟与分析
对旋轴流式喷水推进器内部流动数值模拟与分析
王雪豹;潘中永;朱嘉炜
【摘 要】Without considering the change of nozzle diameter and steering
gear, only the change of ship speed and rotational speed affect the
internal flow in the running of the water-jet propeller.The full flow passage
numer-ical simulation of a contra-rotating axial flow water-jet propeller
was performed at different ship speed and rota-tional speed based on CFD
method.A control volume of calculated fluid flow region of water-jet is
defined,and streamlines and pressure distribution were illustrated by using
SST turbulent model.The effects of ship speed and rotational speed of the
propeller on the internal flow field of the water jet propeller are analyzed
and compared. Simulation results indicate that flow field in water-jet
propeller particularly around front impeller is greatly affect-ed by ship
喷水推进器在军用登陆艇中的应用与性能评估
喷水推进器在军用登陆艇中的应用与性能评估
引言：
军用登陆艇是一种专门用于从海上将士兵和军事装备迅速投送到陆地的军事舰艇。在现代战争中，登陆作战起着十分重要的作用。为了提高登陆作战的效率和成功率，喷水推进器在军用登陆艇中的应用变得越来越重要。本文将探讨喷水推进器在军用登陆艇中的应用，并对其性能进行评估。
一、喷水推进器在军用登陆艇中的应用
1. 增加机动性：喷水推进器可以提供高扭矩的动力输出，使军用登陆艇具备出色的机动性能。在盘旋、转向和移动等方面，喷水推进器的敏捷性可以使得军用登陆艇更加灵活，能够应对各种复杂的海况和战术需求。
2. 增强抗浪性能：在登陆作战中，军用登陆艇常常需要穿越波涛汹涌的海面，面对强大的浪涌和颠簸。喷水推进器的作用是将水通过斜向或垂直方向喷出，形成一层稳定的水气垫，从而减小了舰艇与海浪之间的接触面积，提升了军用登陆艇的抗浪性能，使其能够在恶劣的海况下保持平稳性能。
3. 提高速度和加速度：喷水推进器通过高速喷射推动水流，可以产生更高的船速和加速度。这对于军用登陆艇而言尤为重要，能够提高其在水面上的快速移动能力，进而实现快速投送军事人员和装备的目标。
二、喷水推进器在军用登陆艇中的性能评估
1. 动力输出：军用登陆艇对于动力的要求非常高，因此喷水推进器的动力输出至关重要。在选择喷水推进器时，需要考虑推力大小、扭矩输出和燃油效率等指标，以确保推进器能够提供足够的动力支持。 2. 敏捷性：军用登陆艇需要具备较高的敏捷性能，以应对各种战术需求和突发情况。喷水推进器的敏捷性可以通过推进力的分配和喷射方向的调整来实现，因此在性能评估中需要考虑推进器的响应速度和操作性能等指标。
3. 抗浪性能：军用登陆艇在波涛汹涌的海况中需要保持平稳性能，喷水推进器在这方面的性能表现直接影响到登陆艇的稳定性。在评估中，需要考虑推进器产生的水气垫效果、抗浪能力和船体与波浪之间的摩擦阻力等指标。
4. 船速和加速度：喷水推进器的性能直接决定了军用登陆艇的速度和加速度。在性能评估中，需要综合考虑推进器的推力和燃油消耗等因素，确定合适的推进器配置和设计，以实现最佳的船速和加速度性能。
CFD在船舶喷水推进器设计与性能分析中的应用
第２９卷第５期 ２００８年５月 哈尔滨工程大学学报 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｖｏ１．２９№．５ Ｍａｖ ２００８
ＣＦＤ在船舶喷水推进器设计与性能分析中的应用 孙存楼，王永生 （海军工程大学船舶与动力学院，湖北武汉４３００３３） 摘要：为进一步深入研究喷水推进器的性能，讨论了计算流体力学作为一种先进手段在喷水推进器设计和性能分 析中的应用．通过求解雷诺时均的控制方程，计算了某喷水推进泵和“喷水推进器＋船体”的流场．利用计算流体力 学（ＣＦＤ）的后处理技术，分析了喷水推进泵的流动特点，发现了泵设计的不足并提出了可改进之处．ＣＦＤ方法分析 “喷水推进器＋船体”流动特性比传统理论方法更准确、细致、方便．借助ＣＦＤ工具，可在模型试验之前对喷水推进器 的设计进行深入分析和优化设计，还可完成性能预报． 关键词：喷水推进；进流管道；泵；计算流体力学 中图分类号：Ｕ６６４．３４文献标识码：Ａ文章编号：１００６—７０４３（２００８）０５—０４４４—０５ Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ ｆｏｒ ｍａｒｉｎｅ ｗａｔｅｒｊ ｅｔ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ＳＵＮ Ｃｕｎ—ｌｏｕ，ＷＡＮＧ Ｙｏｎｇ—ｓｈｅｎｇ （Ｃｏｌｌｅｄｇｅ ｏｆ Ｎａｖａｌ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ。Ｎａｖａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ ４３００３３。Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ（ＣＦＤ）ｉｓ ａｎ ｅｃｏｎｏｍｉｃａｌ ａｎｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｔｏｏｌ ｆｏｒ ｍａｒｉｎｅ ｗａｔｅｒｊｅｔ ｄｅ— ｓｉｇｎ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄｓ ｏｆ ａ ｗａｔｅｒｊｅｔ ｐｕｍｐ ａｎｄ ａ ｗａｔｅｒｊｅｔ＋ｈｕｌｌ ｓｙｓ— ｔｅｍ ｗｅｒｅ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ｂｙ ｓｏｌｖｉｎｇ ｔｈｅ Ｒｅｙｎｏｌｄｓ—ａｖｅｒａｇｅｄ Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ（ＲＡＮＳ）ｅｑｕａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｆｉｅｌｄ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｔｅｒｊ ｅｔ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ ｗｉｔｈ ＣＦＤ ｐｏｓｔ—ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｕｍｐ ｄｅｓｉｇｎ ｗｅｒｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ，ａｎｄ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｗｅｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｉｔ ｗａｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ＣＦＤ ｍｅｔｈｏｄ ｉＳ ｍｏｒｅ ａｃｃｕｒａｔｅ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｔｈａｎ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａ ｗａｔｅｒｊｅｔ＋ｈｕｌｌ ｓｙｓ— ｔｅｍ＇ｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ＣＦＤ ｔｏｏｌ，ｉｔ ｉｓ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｔＯ ａｎａｌｙｚｅ ａｎｄ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ａ ｗａｔｅｒｊ ｅｔ ｄｅｓｉｇｎ ｌｏｎｇ ｂｅｆｏｒｅ ａ ｍｏｄｅｌ ｃａｎ ｂｅ ｍａｄｅ ｆｏｒ ｔｅｓｔｉｎｇ：ｍｏｒｅｏｖｅｒ ｔｈｅ ｗａｔｅｒｊ ｅｔ ｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃａｎ ｂｅ ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗａｔｅｒｊｅｔ；ｉｎｌｅｔ；ｐｕｍｐ；ＣＦＤ 船舶喷水推进器主要由喷水推进泵、进流管道、 喷口和操舵倒航装置等组成．以往对喷水推进器的 研究大多采用理论分析与试验方法，但理论分析无 法预测泵内流。动特性，且对喷水推进器推力、功率 特性的求解存在很多简化．模型试验经费投入大，在 推进泵、进流管道的选型及优化设计时无法大量采 用． 随着计算机技术的迅速发展，计算流体力学 （ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｆｌｕｉｄ ｄｙｎａｍｉｃｓ，ＣＦＤ）在船舶喷水推 进器中的应用越来越广泛．Ｇ Ｊ Ｓｅｉｌ采用ＣＦＤ商用 软件Ｆｌｕｅｎｔ研究了叶轮轴旋转及雷诺数对进流管 收稿日期：２００７—０７—１９． 作者简介：孙存楼（１９８２一），男，博士研究生．Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｃｌｈｇｄ＠１２６．ＣＯＩＴＩ 王永生（１９５７一），男，教授，博十生导师． 道流场的影响¨ ；Ｗ Ｇ Ｐａｒｋ用滑移多区域方法 （ｓｌｉｄｉｎｇ ｍｕｌｔｉ—ｂｌｏｃｋ ｍｅｔｈｏｄ）研究了进水口附近的 流场，在不同ＮＶＲ条件下数值计算得到的速度场 和压力场与试验结果吻合非常好口］；瓦锡兰公司的 Ｎ ｗ Ｈ Ｂｕｌｔｅｎ和Ｒ Ｖｅｒｂｅｅｋ用商业ＣＦＤ软件对整 个喷水推进系统进行了数值计算和结果分析，用 ＭＦＲ方法计算得到的推力和力矩值与瓦锡兰公司 内部计算喷水推进装置推力和力矩的方法得到的结 果吻合较好＝ ．ＣＦＤ作为数值计算的工具，可在推 进泵的选型、优化与性能预估、进流管道的优化与设 计、喷水推进器装船后的性能预报等方面为船舶推 进器设计者提供辅助分析，它减少了大量的模型试
船舶动力装置的性能提升与优化研究
船舶动力装置的性能提升与优化研究
在当今全球化的时代，船舶运输在国际贸易和人员往来中扮演着至关重要的角色。而船舶动力装置作为船舶的核心组件，其性能的优劣直接影响着船舶的运行效率、安全性和经济性。因此，对船舶动力装置的性能提升与优化进行研究具有极其重要的意义。
船舶动力装置主要包括主机、传动系统、推进器以及辅助系统等部分。主机通常是内燃机，如柴油机，也有采用燃气轮机或蒸汽轮机的。传动系统负责将主机的动力传递给推进器，常见的有齿轮传动、轴系传动等。推进器则是将动力转化为推力，使船舶前进，常见的有螺旋桨、喷水推进器等。辅助系统包括燃油供应系统、润滑系统、冷却系统等，确保主机和其他设备的正常运行。
为了提升船舶动力装置的性能，首先要关注主机的优化。对于柴油机来说，可以通过改进燃烧过程来提高热效率。例如，采用高压共轨燃油喷射技术，能够更精确地控制燃油喷射的时间和量，使燃烧更充分，减少燃油消耗和污染物排放。此外，优化进气和排气系统，增加涡轮增压的效率，也能够提高主机的功率输出。
传动系统的性能优化同样不可忽视。选用高效的齿轮传动装置或优化轴系的设计，可以减少传动过程中的能量损失。同时，采用先进的离合器和变速器技术，能够实现更平稳的动力传递和换挡操作，提高船舶的操控性和舒适性。 推进器的优化是提升船舶动力性能的关键之一。螺旋桨作为最常见的推进器，其设计的合理性直接影响推进效率。通过采用先进的流体力学计算方法和模型试验，可以优化螺旋桨的叶片形状、螺距分布和直径等参数，以提高推进效率。此外，研究和开发新型的推进器，如喷水推进器，具有更高的效率和机动性，适用于特定类型的船舶。
除了硬件方面的改进，船舶动力装置的控制和管理系统也对性能提升起着重要作用。智能化的控制系统能够实时监测主机和其他设备的运行状态，根据船舶的负载和航行条件，自动调整主机的转速、功率输出和其他参数，以实现最佳的运行效率。同时，故障诊断和预测功能可以提前发现潜在的问题，减少停机时间和维修成本。
喷水推进装置液压控制系统的研究
第４期（总第ｌ７期） ２００６年７月 温体秸动与控副 Ｆｌｕｉｄ Ｐｏｗｅｒ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉ０ｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｎｏ．４（Ｓｅｒｉａｌ Ｎｏ．１ ７） Ｊｕｌｙ，２００６
喷水推进装置液压控制系统的研究
张潜 （中国船舶及海洋工程设计研究院上海２０００１ １） 摘要：介绍喷水推进装置液压系统的使用要求、工作原理及几种实施方法。 关键词：喷水推进装置；液压系统；恒压／恒流量轴向柱塞变量泵；操作时间；同步性；负载传感 中图分类号：ＴＨ１３７ 文献标识码：Ｂ 文章编号：｛ （２００６）０４—００２３—００３
１概述 １．１喷水推进装置的工作原理 喷水推进装置（见图１）一般安装在船艉，同螺 旋桨一样都是船用推进设备，是一种同航空喷气推 进器相似的反作用推进器。水流经过进水流道到喷 水推进泵能量转换机构，增加了能量后，再经过导 叶体和喷口，以一定的速度喷离船尾，由水流产生 的反作用力推动船舶前进。 喷口后部是操舵倒航装置，由导流腔体、操舵 液压缸、倒航斗、倒航液压缸，以及传动机构等所组 成，其作用是进行操舵（保持或改变航向）和倒航。 １．２喷水推进装置的主要特点 喷水推进装置在高速条件下，与传统螺旋桨推 进相比具有明显的优势，主要是抗空泡能力强，推 进效率高，噪音低，操纵性能更好；并且更适于在浅 水区航行；此外，传动机构比较简单，倒航时，传动 主轴不需反转等。 １．３液压系统在喷水推进装置上的应用 喷水推进装置的液压系统，用于操舵和倒航。 在做转向操作时，操舵机构在操舵油缸的推动下， 使导流腔体向左或向右摆动，在水平方向改变喷出 的水流的方向，使船舶改变航向。倒航斗在正航时 呈水平状态，不影响水流的喷出；当倒航油缸伸出 时，倒航斗呈倾斜状，将水流反射到前下方，在其水 平分力的作用下，船舶即行倒航。 使用喷水推进装置的船，操舵非常机动灵活， 船的回转半径小，且具有良好的紧急刹车和倒航的 功能。 ２对液压系统的使用要求 对于不同型式的船，喷水推进装置在船尾安装 的位置和数量是不同的。液压系统的动力源有的是 单独的电机。但通常是船的主机——柴油机或燃汽 轮机，其转速随航速的变化而变化。对操舵和倒航 的要求是：在不同的船速下，其操作时间应恒定。如 果喷水推进装置在船上的布置是多个的（一般是对 称的），还要求确保操作的同步性。 ２．１确保操舵和倒航的操作时间的恒定和可调 如果液压系统的液压泵是由电机（转速恒定） 驱动的定量泵，那么，操舵和倒航的操作时间可由 流量或泵的排量来决定，与船的航速无关，只须选 用合适的定量泵或变量泵即可，最好采用变量泵， 因为其流量是可调的。但如液压泵是由主机带动
混合推进系统喷水推进器与螺旋桨相互作用研究
混合推进系统喷水推进器与螺旋桨相互作用研究
2010年6月9日
摘要
通过求解雷诺时均的RANS方程数值模拟了单独喷水推进器和螺旋桨的流场，并用试验
数据验证了数值计算的结果。在得到满意的结果之后，数值模拟了一台喷水推进器与两个螺
旋桨混合推进系统的流场。通过流线和压力分布等研究混合推进系统流场特点。混合推进系
统中，喷水推进器与螺旋桨的进、出流条件都发生了的改变，其中螺旋桨的改变较大。不同
螺旋桨旋向计算结果表明，外旋桨有助于改善混合推进系统中喷水推进器的进流、提高整个
推进系统的效率。数值计算和理论分析都表明，混合推进系统中，螺旋桨性能对流场的变化
更敏感，在设计时应给予更多的关注。
关键词：船舶、舰船性能；喷水推进；螺旋桨；混合推进
0引言
喷水推进器与螺旋桨混合推进系统具有推进效率高、噪声小、工作模式多和机动性好等
优点，在国外大型游艇和军舰上都有应用。喷水推进器与螺旋桨的联合使用，可以有效地解
决推进器与原动机最高效率不同步的问题。在混合推进系统中，喷水推进器与螺旋桨并行安
装在船体艉部，螺旋桨靠近喷水推进器的进水口。两种推进器共同工作时，流场相互影响，
喷水推进器和螺旋桨的进、出流条件较单独推进时都发生了改变，所以混合推进舰船，除了
考虑喷水推进器、螺旋桨与船体的相互作用之外，还须考虑两种推进器之间的相互作用。
本文通过求解雷诺时均的RANS方程数值模拟了一台喷水推进器和二个螺旋桨混合推进
系统的流场，研究了混合推进系统流场的特点；通过改变螺旋桨和进水口的相对位置研究两
种推进器对流场变化的敏感性；比较了不同螺旋桨旋向对混合推进系统流场和性能的影响。
1方案设计因国内目前尚无喷水推进器与螺旋桨混合推进舰船，为研究混合推进系统水动力性能，
参考南非海军MEKOA-200轻型护卫舰推进系统的案例作如下设计[1]：喷水推进器与螺旋桨
的功率比和直径比与MEKOA-200相同；根据扭矩平衡原则，进行船-桨匹配，确定工作点。
因喷水推进器的功率等特性受航速影响较小，先根据已有的喷水推进器功率、直径确定
混流式喷水推进器的性能试验与数值计算
第３３卷第５期 ２０１２年５月 哈尔滨工程大学学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈａｒｂｉｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｖｏｌ＿３３№．５ Ｍａｖ ２０１２
混流式喷水推进器的性能试验与数值计算
常书平，王永生，丁江明，苏永生
（海军工程大学船舶与动力学院，湖北武汉４３００３３）
摘要：为了综合检验ＳＤ—ＨＧＤ２６６新型混流式喷水推进器的性能，进行了喷水推进器的台架性能试验、装船试航和数值
计算．制作了实尺的喷水推进器样机进行台架性能试验，测量所得的３组数据集中性强．采用分块结构化网格离散数值 模型计算域，选用ＳＳＴ湍流模型封闭雷诺平均的Ｎａｖｉｅｒ—Ｓｔｏｋｅｓ方程，采用ＳＩＭＰＬＥ算法对喷水推进器内流场进行数值模
拟，计算得到的台架性能曲线与试验结果吻合较好．采用壁面积分法获取了装船喷水推进器的等转速推进特性曲线，通 过与船阻力曲线叠加求交点进行航速预报，航速预报值与实船试航值最大偏差为２．６８％．结果表明，该型喷水推进器达
到了设计要求，数值计算可在喷水推进器的水力设计与性能分析中发挥重要作用，为喷水推进船最终达到预期航速奠定
基础．
关键词：喷水推进；台架试验；试航；数值计算；性能；试验
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７—７０４３．２０１１１０００１ 网络出版地址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／２３．１３９０．Ｕ．２０１２０４２６．１６１７．００２．ｈｔｍｌ
中图分类号：Ｕ６６４，３４文献标志码：Ａ文章编号：１００６－７０４３（２０１２）０５－０６６０－０５
Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ａ ｍｉｘｅｄ－ｆｌｏｗ ｗａｔｅｒｊｅｔ
ＣＨＡＮＧ Ｓｈｕｐｉｎｇ，ＷＡＮＧ Ｙｏｎｇｓｈｅｎｇ，ＤＩＮＧ Ｊｉａｎｇｍｉｎｇ，ＳＵ Ｙｏｎｇｓｈｅｎｇ
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｎａｖａｌ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ Ｍａｒｉｎｅ Ｐｏｗｅｒ，Ｎａｖａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｗｕｈａｎ ４３００３３，Ｃｈｉｎａ）
喷水推进器在水上飞行器中的应用与性能评估
喷水推进器在水上飞行器中的应用与性能评估
摘要：
随着科技的不断发展，水上飞行器的应用逐渐广泛起来。喷水推进器作为其中重要的推进装置，具有独特的优势和特点，被广泛应用于水上飞行器的设计和制造中。本文通过对喷水推进器在水上飞行器中的应用和性能评估进行探讨，旨在为相关科研和工程设计提供参考和指导。
一、引言
水上飞行器作为一种新型的交通工具，在军事、民用及科考等领域都有着广泛的应用前景。喷水推进器作为水上飞行器的关键装置之一，能够提供强大而稳定的推力，使水上飞行器能够在水面上平稳行驶。本文将从喷水推进器的工作原理、应用场景和性能评估等方面进行论述。
二、喷水推进器的工作原理
喷水推进器是一种通过将水流喷射出去以产生推力的装置。其工作原理主要依靠牛顿第三定律，即每个动作都有一个相等而反向的反作用力。当向后喷射一定质量的水流时，水流会给予水上飞行器一个反向的推力，从而推动飞行器前进。
三、喷水推进器的应用场景
1.军事领域
喷水推进器在军事领域的应用非常广泛。例如，在水上巡逻艇和水上救援艇中，喷水推进器能够提供强大的推力，使艇只能够快速行驶，迅速响应紧急情况。在军事装备的设计中，喷水推进器的性能评估是一个关键的指标，涉及到飞行器的速度、航行稳定性等方面。 2.民用领域
在民用领域，喷水推进器的应用也很广泛。例如，水上出租车、旅游观光船等都需要喷水推进器来提供推力，使其能够在水面上快速行驶。此外，越野游艇和水上飞机等高速水上交通工具也离不开喷水推进器的支持。
3.科考领域
喷水推进器在科考领域的应用也越来越受重视。例如，在极地科考中，喷水推进器能够帮助科考船只穿越冰层，提供足够的推力和稳定性，以保证船只的安全和科考任务的顺利进行。
四、喷水推进器的性能评估
1.推力
推力是衡量喷水推进器性能的重要指标之一。推力的大小直接影响水上飞行器的速度和加速度。喷水推进器的推力与喷口的形状、喷口面积、喷口速度以及水流动力学特性等因素密切相关。因此，在设计喷水推进器时，需要对这些因素进行合理的选择和优化。
喷水推进器工作原理
喷水推进器工作原理
喷水推进器是一种利用喷射水流产生的反作用力驱动船舶前进的推进器。其工作原理是通过水泵将水吸入，然后通过推进器中的喷口以一定的速度将水喷射出去，根据作用力和反作用力的原理，喷出的水流会对船舶产生反作用力，推动船舶前进。
喷水推进器的主要组成部分包括水泵、吸口、管道和喷口等。水泵是推进器的心脏，负责将水吸入并加压，吸口和管道负责将水传输到喷口，喷口则负责将水以一定的速度喷射出去。通过改变喷口的角度，可以改变水流的喷射方向，从而实现船舶的操纵。
喷水推进器的效率比传统的螺旋桨推进方式低，但其操纵性能更好，特别是在浅水航道和泥沙底区域，喷水推进器具有良好的适应性。此外，喷水推进器在中、高速船舶上得到了广泛应用，如滑行艇、穿浪艇、水翼艇和气垫船等。
在实际应用中，喷水推进器的效率会受到多方面的影响，如管道系统的水力损失、推进泵本身的效率和水泵轴连接的效率等。为了提高喷水推进器的效率，需要针对这些因素进行优化设计。