水下航行体置于舵前无轴泵喷推进器水动力性能和流动噪声研究

The conventional propeller of underwater Vehicle is installed behind the rudder. The disturbance superposition effect of the rudder and the sail enhances the nonuniformity of flow field at propeller disk. It causes disadvantages to propeller noise and structure noise. The project presents a new type of pump-jet without shaft located before the rudder which has smaller disturbance to the flow field at propeller disk. There is no shaft in the electric motor. The vibratioin and noise of transmission shaft will be greatly reduced. It has a bigger rub and can be composed of many more blades. These features cause the new propulsor has huge potential superiorities in reducing noise. The diameter of motor rotator is much larger than the motor of inner rotor, then the rotating speed of propulsor rotor and the noise is much lower. The project will study the hydrodynamic performances and noise of the new propulsor through numerical calculation and test. The project will form a method of numerical calculation, optimization design and test for the new propulsor, and solve some fundmental and key problemand to designate a clear-cut direction for the research.

传统的水下航行体的推进器布置在舵后，舵和指挥台围壳的叠加影响加剧了盘面处伴流的不均性，对推进器辐射噪声和推进器激振力引起的结构振动噪声造成不利影响。本项目提出一种置于舵前的无轴泵喷推进装置，舵对推进器盘面处流场扰动很小，盘面处的伴流更均匀；采用无轴电机，省去了贯穿艇体尾部的长轴，传动轴系引起的振动和噪声会大大降低；该推进器转子的毂径比较大，转子叶数容易达更高数量，便于根据降噪的需要进行灵活选择；电机转子直径比传统内转子电机成倍增加，相同功率下转速显著降低，可以大幅降低推进器水动力噪声和轴系振动噪声。这些特点使得该新型推进器在降低噪声方面有着较大的潜在优势，本项目通过数值计算和模型试验相结合的方法对该推进装置的水动力性能和辐射噪声进行研究，形成置于舵前新型低噪声推进器水动力及噪声性能的数值计算、优化设计和试验测量方法，解决该新型推进器的基础性和关键性问题，为进一步的深入研究指明方向。

传统的水下航行体的推进器布置在舵后，舵和指挥台围壳的叠加影响加剧了盘面处伴流的不均性，对推进器辐射噪声和推进器激振力引起的结构振动噪声造成不利影响。项目针对一种置于舵前的无轴泵喷推进装置开展研究，这种推进装置位于舵的前方，舵对推进器盘面处流场扰动很小，盘面处的伴流更均匀；采用无轴电机，省去了贯穿艇体尾部的长轴，传动轴系引起的振动和噪声会大大降低；该推进器转子的毂径比较大，转子叶数容易达更高数量，便于根据降噪的需要进行灵活选择；电机转子直径比传统内转子电机成倍增加，相同功率下转速显著降低，可以大幅降低推进器水动力噪声和轴系振动噪声。这些特点使得该新型推进器在降低噪声方面有着较大的潜在优势，项目通过数值计算方法对该推进装置的水动力性能和辐射噪声进行研究，对置于舵前新型低噪声推进器水动力及噪声性能进行评估，解决该新型推进器的基础性和关键性问题，为进一步的深入研究指明方向。. 采用CFD、面元法和噪声边界元方法相结合的方法，研究了消除舵的影响后泵喷推进器非定常力和辐射噪声的变化，初步评估了舵前无轴泵喷推进器的性能特点；研究了定子布置方式、根部安装方式等不同形式对推进器水动力性能和流噪声的影响，根据分析结果确定了初步方案，将初步设计的舵前无轴泵喷推进器和原泵喷推进器进行了流噪声对比，分析了舵前无轴泵喷推进器的噪声性能；建立艇体－推进器－舵的CFD计算模型，计算分析了安装舵后的艇体阻力和舵的流噪声，评估舵的水动力、噪声性能以及对航行体总噪声级的影响。并进行了试验研究，验证了舵前无轴泵喷推进器的减振降噪效果，研究成果可以为舵前无轴泵喷推进器的应用打下了坚实基础，完成了预期研究目标。