船舶喷水推进泵的研究
喷水推进器在船舶动力系统中的应用及发展趋势
喷水推进器在船舶动力系统中的应用及发展趋势引言：喷水推进器（Waterjet Propulsion System）是一种采用喷水原理产生推力的船舶动力系统，它在船舶工程领域具有重要的应用价值。
本文将探讨喷水推进器在船舶动力系统中的应用情况，并对其未来的发展趋势进行展望。
一、喷水推进器的应用1. 船舶操纵性能优势：喷水推进器在船舶操纵性能方面具有显著优势。
相比于传统的螺旋桨推进系统，喷水推进器通过喷射水流产生推力，使得船舶的操纵更加高效灵活。
它可以实现前后推力、横向推力和旋转推力的快速调整，从而提高船舶的转向灵活性和操纵性能。
2. 提高船舶速度：喷水推进器能够显著提高船舶的速度。
在喷水推进器中，水流由高压泵加速喷射出来，在与船舶相遇时形成强大的反作用力。
这可以有效减少船舶与水之间的阻力，并提高船舶的航行速度。
对于需要长时间保持高速航行的船舶，喷水推进器可以带来明显的优势。
3. 适应浅水航行：由于喷水推进器将水流推出，而不是将螺旋桨推入水中，因此它对于航行在浅水区域的船舶非常适用。
螺旋桨通常会在浅水区域产生涡流，导致船舶受阻。
相比之下，喷水推进器产生的推力不会受到水深的限制，因此在浅水区域具有明显的优势。
二、喷水推进器的发展趋势1. 提高推进效率：目前，喷水推进器在推进效率方面仍有改进空间。
未来的发展趋势将面向提高推进效率，减少能源消耗。
采用新的设计和技术，如优化喷嘴形状、改进传动装置、减小水流湍流损失等，可以进一步提高喷水推进器的效率，并降低船舶的燃料消耗。
2. 引入电动驱动：随着电动船舶的兴起，喷水推进器也将逐渐引入电动驱动系统。
传统喷水推进器采用柴油发动机来提供动力，但它们存在噪音和尾气排放等问题。
而电动推进系统具有零排放、低噪音和高效能的特点，与喷水推进器的结合将大大提升船舶的环保性能。
3. 智能化控制：随着船舶自动化技术的不断发展，喷水推进器也将趋向智能化和自动化。
智能化控制系统可以实现船舶的自动操纵、动力平衡和性能优化，提高航行的安全性和舒适性。
喷水推进器性能测试与评估方法探究
喷水推进器性能测试与评估方法探究喷水推进器是一种通过排放高速喷水产生推力的装置，广泛应用于飞机、船舶和火箭等领域。
为了保证喷水推进器的正常运行和效果发挥，对其性能进行测试与评估是十分必要的。
本文将探究喷水推进器性能测试与评估的方法，以提供针对该装置的科学可行的测试手段。
首先，对于喷水推进器的性能测试，最关键的参数是推力和效率。
推力是装置产生的推力大小，而效率则是指装置将输入的能量转化为产生的推力的程度。
对于推力的测试，可以采用动态压力测量法。
该方法基于牛顿第三定律，通过在推进器出口附近设置一个特定形状的叶片，叶片受到喷水推进器排放的推力产生弯曲。
测量这种弯曲变形的力，即可计算出推力的大小。
除了动态压力测量法外，还可以采用秤重法进行推力的测试。
将喷水推进器固定在一个测力仪上，记录在不同工况下推进器产生的推力，再将这些推力值综合起来得到平均推力。
对于效率的测试，一种常用的方法是通过比较输入能量和输出能量的差异来评估。
首先，使用测功机或电池等装置为喷水推进器提供输入能量，记录输入能量的数值。
然后，测量推进器产生的推力，并根据推力与测量时间的关系计算输出能量。
最后，通过计算输入能量与输出能量之间的比值，得到喷水推进器的效率。
此外，为了更加准确地评估喷水推进器的性能，还可以采用热力学方法进行测试。
该方法基于热力学原理，通过测量在喷水推进器内外的压力、温度和流量等参数的变化，来评估装置的性能。
例如，可以使用热电偶和压力传感器等传感器来测量推进器内部的温度和压力，并通过理想气体状态方程计算出气体的流量。
进一步，可以利用能量守恒和质量守恒原理，计算喷水推进器的输入能量、输出能量和效率。
此外，对于喷水推进器的性能评估，还可以考虑一些其他参数，如噪音、振动和燃料消耗等。
对于噪音和振动的评估，可以使用声学测试仪和振动传感器等设备来进行测量。
而对于燃料消耗的评估，则需要测量推进器在运行过程中所消耗的燃料量。
综上所述，喷水推进器性能测试与评估的方法包括动态压力测量法、秤重法、比较输入输出能量差异的方法和热力学方法等。
喷水推进器在船用动力系统中的应用与性能优化
喷水推进器在船用动力系统中的应用与性能优化引言船舶是人类重要的运输工具之一，在航行过程中，动力系统起着至关重要的作用。
喷水推进器作为一种先进的动力系统，已经被广泛应用于船舶行业。
本文将探讨喷水推进器在船用动力系统中的应用以及如何优化其性能。
一、喷水推进器的应用领域喷水推进器是一种通过将水推进到船舶船尾来驱动船只前进的动力系统。
由于其独特的工作原理和性能优势，喷水推进器在各个船舶类型中得到了广泛的应用。
1. 商用船舶：喷水推进器在商用船舶中的应用越来越普遍，例如客轮、货轮、拖船等。
其高推力和灵活性使得船舶可以更好地应对复杂的海洋环境和各类操作需求。
2. 军用船舶：喷水推进器在军用船舶中也得到了广泛应用。
通过优化推进器的设计，可以实现船舶的高速、灵活性和潜水能力，提高战斗力和作战能力。
3. 游艇和休闲船：喷水推进器在游艇和休闲船中的应用主要是为了提供舒适和安全的航行体验。
其低噪音、低振动和灵活操控的特点，使得船主和乘客可以享受到更加愉悦的水上活动。
二、喷水推进器的性能优化为了进一步提高船用动力系统的效率和可靠性，对喷水推进器的性能进行优化是至关重要的。
下面将介绍一些常见的优化方法。
1. 推进器设计优化：通过改变推进器的叶片形状、数量和布局等参数，可以改善其流体力学性能。
同时，利用计算流体力学（CFD）技术进行虚拟试验，可以在设计阶段减少实际试验的成本和时间。
2. 推进器材料和制造优化：选择合适的材料，例如高强度和耐腐蚀性能的不锈钢，可以提高推进器的使用寿命和可靠性。
同时，改善推进器的制造工艺，降低表面粗糙度和减少生产缺陷，也能够提高性能。
3. 动力系统集成优化：将喷水推进器与其他动力系统元件（例如发动机、传动系统和控制系统）进行优化设计和集成，可以提高整个动力系统的效率。
例如，通过优化电动机的输出转矩和电流特性，可以实现更高的功率输出和更好的响应性能。
4. 喷水推进器控制优化：通过优化控制系统的参数和算法，可以提高喷水推进器的操纵性和响应性。
喷水推进轴流泵水力设计及性能仿真的开题报告
喷水推进轴流泵水力设计及性能仿真的开题报告1.研究目的本研究旨在探索喷水推进轴流泵的水力设计及性能仿真，通过对喷水推进轴流泵的构造、特点以及工作原理的分析，设计出一种性能更加优越的喷水推进轴流泵，并通过数值模拟的方法，对其性能进行仿真测试，为实际生产应用提供参考。
2.研究内容2.1 喷水推进轴流泵构造与特点分析对现有喷水推进轴流泵的构造和特点进行分析，掌握喷水推进轴流泵的基本结构和工作原理，为进一步设计和优化喷水推进轴流泵提供依据。
2.2 喷水推进轴流泵水力设计根据已有的理论知识和实验数据，进行喷水推进轴流泵水力设计，确定合适的轴流泵叶片型号、叶片角度、流道截面形状等参数，保证喷水推进轴流泵的性能指标达到预期要求。
2.3 数值模拟与性能仿真将设计好的喷水推进轴流泵模型导入数值模拟软件，建立数值仿真模型，对喷水推进轴流泵的流体力学性能、能效等方面进行仿真测试，并结合实际测试数据进行比对，评估喷水推进轴流泵的性能优劣。
3.预期成果本研究将设计出一种性能更加优越的喷水推进轴流泵，并对其进行有效的数值模拟和性能仿真测试，评估喷水推进轴流泵的性能指标，并提出优化方案。
预期成果包括：3.1 喷水推进轴流泵设计方案设计出一种性能更加优越的喷水推进轴流泵，提出相应的设计方案。
3.2 数值模拟与性能仿真报告通过数值模拟和性能仿真，评估喷水推进轴流泵的各项性能指标，包括流量、扬程、效率等，并提出优化建议。
3.3 学术论文撰写一篇学术论文，介绍喷水推进轴流泵的水力设计及性能仿真的研究过程和结果，并对喷水推进轴流泵的发展趋势进行分析和探讨。
4.可行性分析本研究的可行性如下：4.1 研究工具和设备本研究所需的研究工具和设备为：计算机、数值模拟软件、流量计、压力计等实验设备。
4.2 研究方法和流程本研究采用实验和仿真相结合的方法，首先进行喷水推进轴流泵的构造和特点分析，然后根据已有的理论知识和实验数据进行水力设计，最后将设计好的喷水推进轴流泵模型导入数值模拟软件，建立数值仿真模型，对喷水推进轴流泵的流体力学性能、能效等方面进行仿真测试，并结合实际测试数据进行比对，评估喷水推进轴流泵的性能优劣。
喷水推进泵分析及研究实例
运用转速控制方法的泵外特性
12/22
4 空化时的轴向推力
通常情况下，喷水推进器在加速和转弯时会产生空化 运用CFD技术，预测不同空化条件下的轴向推力与内部流动情况 ，并初步分析两者的关系
13/22
14/22
泵的空化性能曲线
泵的轴向推力与NPSHA的关系
15/22
16/22
两级叶轮空化时轴向推力情况
项目汇报
泵喷水推进器的模型设计及
数值模拟研究
汇报人： 申占浩
2015.05
目录
1
项目简介
模型设计 转速控制方法 空化下的轴向推力
2
3
4
2/22
1 项目简介
喷水推进器（Waterjet Propulsion），它是利用泵 喷出水流的反作用力来推动船舶前进的装置
3/22
喷水推进器的动力稳定性是船舶稳定的基础，而作为其动力来 源，稳定的推力必不可少 现实中，喷水推进器内部流动复杂，推力极易出现不稳定现象
首级叶轮
次级叶轮
17/22
叶轮在空化条件下压力系数分布
首级叶轮
次级叶轮
18/22
19/22
5.导叶及喷嘴 6. 进口延伸段 7/22
网格划分
采用ICEM进 行结构化网格
划分
总体网格质量
首级叶轮 次级叶轮 导叶
≥0.3 总体网格角度 ≥180 总体网格数约
总体网格
为186万 8/22
数值模拟主要参数选择
主要条件 数值模拟方法 湍流模型 进口 出口 壁面函数 收敛精度 设置 雷诺时均法
SST k-ε
总压进口 质量流出口 标准壁面函数
10-5 9/22
整体数值模拟外特性
喷水推进器的水力特性与性能分析
喷水推进器的水力特性与性能分析喷水推进器是一种常见的推进系统，广泛应用于船舶、水下机器人等领域。
它利用喷水原理产生推力，从而推动物体前进。
在设计和使用喷水推进器时，水力特性和性能分析是至关重要的环节，可以帮助我们了解其工作原理、提高效率以及指导优化设计。
本文将对喷水推进器的水力特性和性能进行详细分析。
一、喷水推进器的水力特性1. 喷水速度：喷水推进器产生推力的根本原理是通过高速喷出的水流产生动量反作用力。
因此，喷水速度是影响推进力大小的重要因素。
一般情况下，喷水速度越高，产生的推力也越大。
2. 喷水流量：喷水推进器的喷水流量直接影响推进器的推力大小。
流量越大，推力也越大。
在设计和选择喷水推进器时，需要根据需求确定合适的喷水流量。
3. 喷水角度：喷水角度是指喷水推进器出水口水流与水平面的夹角。
当喷水角度为0度时，喷水推进器产生的推力最大；当喷水角度增大时，推力逐渐减小。
因此，在实际应用中，需要根据需要选择合适的喷水角度。
4. 喷水推力分布：喷水推进器在实际工作中产生的推力分布不均匀。
一般情况下，出水口处的推力较大，而远离出水口处的推力较小。
这是由于流体的黏性以及喷水推进器的结构造成的。
在设计和使用喷水推进器时，需要注意推力分布的不均匀性对系统的影响。
二、喷水推进器的性能分析1. 推力效率：推力效率是指喷水推进器产生的推力与输入的能量之间的比值。
推力效率高意味着在相同能量输入下，推力输出更大。
在设计和使用喷水推进器时，我们可以通过计算和实验评估推力效率，以提高系统整体性能。
2. 耗能特性：喷水推进器在工作过程中会产生一定的能量损耗。
这些损耗包括水流摩擦、泄漏等。
耗能特性的分析能够帮助我们了解系统的能量损失情况，优化设计以减少能量损失，提高效率。
3. 外界干扰对性能的影响：喷水推进器在实际应用中可能会受到外界干扰的影响，如水流速度、船体形状等因素。
这些干扰会导致推进器的性能变化，降低推力效率。
因此，在设计和使用喷水推进器时，需要考虑外界干扰对性能的影响，并采取相应的措施进行补偿或调整。
船舶推进器的流体动力学特性研究
船舶推进器的流体动力学特性研究船舶推进器是航海过程中不可或缺的组成部分，其流体动力学特性研究对于提高船舶性能至关重要。
本文将探讨船舶推进器的流体动力学特性及其研究方式，并分析其对船舶性能的影响。
1. 流体动力学基础流体动力学是研究流体运动和力学性质的学科。
船舶推进器的流体动力学特性研究主要涉及流体力学、湍流运动、气固两相流等领域。
流体力学研究了流体的运动规律和相关衡量指标，如流速、流压等；湍流运动研究了流体中复杂的涡旋和湍流能量传递；气固两相流研究了流体与固体颗粒的运动关系。
2. 推进器的类型与结构船舶推进器按照推进方式可以分为螺旋桨、喷水推进器、风帆等。
其中，螺旋桨是最常见的推进器，它由螺旋桨叶片和转轴构成，通过叶片受到流体冲击产生推进力。
喷水推进器通过高速喷水产生反作用力推动船只前进，具有较高的敏捷性和加速性能。
风帆则利用风力推进船只，可降低能源消耗。
3. 推进器的水动力性能研究推进器的水动力性能研究是对其水动力学特性的定性和定量分析。
该研究通过实验、数值模拟和理论分析等方式进行。
实验方法包括模型试验和全尺寸试验，通过测量推进器叶片周围的流速和压力来计算推进效率和推进力。
数值模拟则运用计算流体力学（CFD）方法，通过建立数值模型进行流场仿真和力学分析。
理论分析方法则从数学方程和物理原理出发，推导推进器的水动力学性质。
4. 推进器与船舶性能的关系推进器的流体动力学特性直接影响船舶的性能，包括速度、操纵性、燃油消耗等方面。
推进器的选型和设计应根据船舶的航行条件和任务进行优化。
例如，在高速航行条件下，喷水推进器的敏捷性优势体现出来，而节能环保型推进器则适用于长途船舶。
推进器的水动力性能研究可为推进器的优化设计和船舶性能提升提供科学依据。
5. 推进器研究的进展和挑战与船舶和推进器技术的不断发展相比，对推进器的流体动力学特性研究还有待进一步完善。
目前，推进器研究主要集中在螺旋桨和喷水推进器的水动力性能和噪声特性研究上。
喷水推进船转弯过程中的喷泵性能研究
元 件组 成 ， 推进装 置 共 同推动 船 体运 动． ４套 首先 对 柴油 机 、 速器 、 系、 速齿 轮箱 、 调 轴 减 喷泵 等部件 和船 体运 动 分别 建 立 数 学模 型 作 为子 模 块 ， 然后 将子模 型有 机地联 结 起来构 成 喷水推 进 系统 完整 的数学模 型［ ］ １ ． 柴 油机 和喷泵 之 间是通 过减 速齿 轮箱 和轴 系
学 模 型 ， 方 程 中各 类水 动 力 系 数 和 附连水 质量 但 按 照 双体 船 的特 点 进行计 算 ．
转 速随 船航速 的变 化 曲线 （ 简称 为 曲线组 １ ， ） 另一
组 曲线 是数条 等功 率条件 下 喷泵 推力 随 船航 速 的 变 化 曲线 （ 简称 为 曲线组 ２ ． ） 在输 入 喷泵转 速 和船 航 速后 ， 用 曲线 组 ｌ确定 在 该 喷泵 转 速 和 船 航 利
速下对 应 的 喷泵 吸 收 功 率 ， 后 将 这 一 功率 和船 然
Ｖｏ ． ０ Ｎｏ １ １３ ． Ｆｅ ．２ ０ ｂ ０６
喷水推进船转弯过程 中的喷泵性能研究 ＊
丁江 明 ’ 王 永 生 王 鹏 飞。 ’ ’
（ 海军工程大学动力工程 学院” 武汉 ４０３） ３０ ３
２０９） ０ ０ ０ （ 中国人 民解放军海军驻沪东 中华造船有 限公 司军代表室 上海 ．
摘要 ： 建立 了喷水推进 系统 和船体转弯操 纵的稳、 动态数 学模型 。 考虑喷泵 汽蚀 的影 响 ， 喷水 并 对
推进船转弯过程 中的喷泵工作状况进行 了研究 ， 为喷水推进船确定合理 的转 弯操纵方法提供 了依 据． 研究 内容包 括不同初始航速 下所 有喷泵大舵 角转弯、 高初 始航 速下部分 喷泵转 弯和高初始 航 速下所有喷泵小舵角转弯这几种转弯方式下 喷泵 的工 作状 况． 对计算结果进行 分析后认 为在 非紧 急情况下高航速时用部分泵实现转弯是最合适 的转 弯方式． 关键词 ： 喷水推进 ； 操纵性 ； 转弯 ； 性能研究
喷水推进器
基本参数
喷水推进装置泵的品质是通过其主要性能参数反映出来的，包括流量、扬程、转速、功率、效率和汽蚀余量 等。这些参数反映了泵的工作状态和能量转换的程度，泵的主要性能指标也用这些主要工作参数来表示。一台泵 制造安装好后，并不一定能在泵的设计条件下运行，可通过泵的特性曲线综合直观地来表示泵的性能，了解各参 数的变化，以此更好的进行泵流动性能的分析。
预防措施
喷水推进器的发展经历了液泵式喷水推进、间歇式喷水推进、底板式喷水推进、航板式喷水推进、舷外喷水 推进。目前，单从喷水推进器的发展情况看，其技术己经口益成熟，但是底板式全回转喷水推进器在市场上比较 少见，对于使用全回转喷水推进器的船舶，船只在不同方向上具有喷水的可操作性，因此改变航线和方向变得很 容易，无需使用船舵来控制船舶行进方向，能够降低船舶的转弯半径，并且可以360°旋转以改变航向，对船舶 的行进方向较易控制，而且在所有方向上都能够提供最大推力。
研究现状
目前，世界上单泵吸收功率最大、己经投入使用的喷水推进装置为日本Technoseaways公司所有，由罗一罗 公司制造，型号为卡米瓦VLWJ235，其进水口直径达2.35米，单泵吸收功率27瓦，安装在高技术超级班轮上，每 艘船配两套，最高运营航速可达40节。
喷水推进运行平稳，振动噪声低，适应豪华游艇安全、舒适的特殊需求，其在游艇上的应用也日益增加。例 如“迷人海洋”号艇由4台MTU柴油机驱动两套2.6米的螺旋桨，1台LM2500燃气轮机驱动一套LJ210E喷水推进装 置，航速可达34节。
介绍
喷水推进器是船舶的一种推进工具，它和船舶动力装置一起，用来推进船舶。
喷水推进器是推进机构的喷射部分浸在水中，利用喷射水流产生的反作用力驱动船舶前进的一种推进器。由 水泵、管道、吸口和喷口等组成，并能通过喷口改变水流的喷射方向来实现船舶的操纵，效率比螺旋桨低，但操 纵性能好，特别是对于泥沙底的浅水航道，喷水推进器具有良好的适应性。
船舶推进系统的流体力学特性
船舶推进系统的流体力学特性船舶推进系统是船舶能够在水中航行的关键所在，而其中的流体力学特性则起着至关重要的作用。
要理解船舶推进系统的工作原理和性能，就必须深入探究其背后的流体力学知识。
流体力学是研究流体（包括液体和气体）运动规律以及流体与固体之间相互作用的科学。
在船舶领域，水作为常见的流体介质，其流动特性直接影响着船舶推进系统的效率和性能。
船舶推进系统主要有螺旋桨推进、喷水推进、吊舱推进等几种常见的类型。
无论哪种类型，都离不开流体力学的原理。
以螺旋桨推进为例，螺旋桨在旋转时，桨叶会对水产生作用力，同时水也会对桨叶产生反作用力，从而推动船舶前进。
这其中涉及到复杂的流体流动现象。
螺旋桨桨叶的形状和角度设计是基于流体力学原理进行优化的。
合理的桨叶形状能够有效地将旋转动力转化为向前的推力。
桨叶的剖面形状通常类似于机翼，利用伯努利原理，在桨叶旋转时，产生压力差，从而产生推力。
在流体力学中，粘性是一个重要的特性。
水具有一定的粘性，这会导致在螺旋桨表面形成边界层。
边界层的存在会增加阻力，降低推进效率。
为了减少粘性的影响，螺旋桨的表面通常会进行光滑处理，以减小摩擦阻力。
螺旋桨在旋转时还会产生尾流。
尾流中的水流速度和压力分布不均匀，会造成能量的损失。
优化螺旋桨的设计可以减少尾流的能量损失，提高推进效率。
除了螺旋桨推进，喷水推进系统也有其独特的流体力学特性。
喷水推进是通过泵将水吸入并加速向后喷出，从而产生推力。
在喷水推进系统中，泵的设计和内部流道的形状对推进性能有着重要影响。
良好的泵设计能够提高水的吸入和排出效率，减少能量损失。
喷水推进系统中的水流速度较高，这就需要考虑水流的湍流和空化现象。
湍流会增加能量损耗，而空化则可能对泵和管道造成损坏。
因此，在设计喷水推进系统时，需要通过流体力学分析来避免或减轻这些不利影响。
吊舱推进系统是一种较为新颖的推进方式，它将电机和螺旋桨集成在一个可旋转的吊舱内。
这种推进系统的流体力学特性更为复杂。
喷水推进器进水流道流动性能的数值分析
喷水推进器进水流道流动性能的数值分析喷水推进器是一种能够将水流动能转化为推力的装置，广泛应用于航空、航海、工业等领域。
其中进水流道流动性能对于整个喷水推进器的性能影响较大。
本文将对喷水推进器进水流道流动性能进行数值分析。
一、数值模型建立在进行数值模拟前，首先需要建立数值模型。
本文选取三维模型，采用ANSYS Fluent软件建模。
进水流道采用螺旋式进水流道，进水流道的长度为100mm，截面为圆形，直径为40mm。
二、数值模拟方法本文采用计算流体力学（CFD）方法进行数值模拟。
其中，流体选用水，将水作为不可压缩流体进行模拟，进一步的，将水作为双物种流体模拟，其中水为其中一种，加入气体（如空气）为第二种物质，进一步模拟空化现象发生时对进水流道流动性能的影响。
三、数值分析结果1. 进水流道水流速度分布分析进水流道中水的流速分布情况，可以看出在进水流道的入口处水的流速较小，大约为0.5m/s左右，然后逐渐增加，经过喷嘴后流速急剧增加，此处流速可达到50m/s左右。
在进水流道中，有一段增速区，在这一区域内，由于进水流道的设计，从而使水的流速得到增加。
2. 进水流道流量分析考虑到实际工程应用中，需要将水的流量控制在一定范围之内。
本文在数值模拟中，输入了不同的进水流量，分别进行数值模拟，得出了不同进水流量下喷水推进器的流量变化情况。
在数值模拟结果中，当进水流量为6m³/h时，出水口流量最大，为3.65m³/h。
3. 进水流道压力变化情况在进水流道中，由于水一般都是从自然状态下进入的，因此需要产生一定的压力使水进入流道中。
同时，在喷嘴处也需要一定的压力才能将水喷出。
本文根据数值模拟结果分析得出，在进水流道入口处，水的压力一般在0.1~0.15MPa左右。
而在喷嘴处，水的压力则较大，可以达到1~2MPa。
4. 进水流道中的流场结构本文通过对数值模拟结果的分析，发现进水流道中会形成旋涡结构。
流场的结构会随着进水流量的大小、进水流道的形状等因素而发生变化。
喷水推进器的噪声特性与控制方法研究
喷水推进器的噪声特性与控制方法研究引言：喷水推进器被广泛应用于许多领域，如船舶、潜艇和水下机器人等。
然而，喷水推进器的运行不可避免地会产生噪声，给水下环境和乘员带来不必要的干扰和危害。
为了解决这个问题，研究人员致力于探索喷水推进器的噪声特性以及开发相应的控制方法。
本文将讨论喷水推进器噪声的特点、对环境和人体的影响，并介绍几种常见的控制噪声的方法。
1. 喷水推进器噪声特性喷水推进器的噪声产生主要与以下几个因素有关：1.1 涡脱落噪声当喷水流体经过喷嘴时，会引起涡脱落现象，产生涡街噪声。
这种噪声的频率通常在200 Hz至20 kHz之间，对于特定频率区间的噪声可能会引起乘员的耳鸣和失聪等听觉问题。
1.2 水下辐射噪声喷水推进器产生的噪声会在水下环境中辐射传播。
这种噪声主要是由水流与水中的悬浮颗粒之间的相互作用引起的，其频率分布范围通常在1 Hz至10 kHz之间。
水下辐射噪声对海洋生物、声纳探测和水下通信等都可能产生负面影响。
2. 喷水推进器噪声对环境和人体的影响喷水推进器的噪声对水下环境和乘员都可能产生不良影响：2.1 环境影响喷水推进器的噪声会对海洋生态系统造成干扰，影响海洋生物的交流、迁徙和捕食行为。
特别是对于鱼类和海洋哺乳动物，噪声可能导致听觉系统受损、生殖行为受阻等。
2.2 人体影响长期暴露在喷水推进器噪声环境下的乘员可能会出现听力损失、听觉障碍和心理健康问题。
此外，过高的噪声水平还可能影响人员的工作效率和水下作业的安全性。
3. 喷水推进器噪声控制方法为了降低喷水推进器的噪声水平，可以采取以下几种控制方法：3.1 声学隔离使用声学材料对噪声源和周围环境进行隔离，减少噪声传播。
对于喷水推进器来说，可以在推进器周围安装吸声材料，如泡沫材料、吸声板等，以阻止噪声的传播。
3.2 结构改进通过对喷水推进器的结构进行优化设计，减少噪声的产生。
例如，通过改变喷嘴的形状和尺寸，优化水流的流动路径，可以减少涡脱落和涡街噪声的产生。
喷水推进船避免喷泵气蚀的仿真研究
第１ （ 期 总第 ｌ９期 ） ８
中
国
造
船
Ｖ １ １ Ｎ ． （ ｅ ａ Ｎｏ Ｉ ９ ｏ． ｏ１ Ｓ ｒ ｌ ． ８ ） ５ ｉ
Ｍ ａ Ｏ１ Ｌ２ ０
２１ ０ ０年 ３月
Ｓ Ｐ Ｈｌ ＢＵＩ Ｄｒ Ｌ ＮＧ ＯＦ ＣＨｒ ＮＡ
文 章编 号 ： １０ －８２（ｏ ｏ Ｏ —０ ５ ８ ０ ０４ ８ ２ ￣） １ ５ － － ０ ０
喷水推进船避免喷泵气蚀 的仿真研究
黄 斌 ，王 永 生
（ 海军工程 大学船舶与动力学院，武汉 ４ ０ ３ ） ３ ０ ３
摘
● Ｌ
要
‘ ’
为 了解决 喷水推进船 在各种 工况下 ，喷 泵工作在 气蚀 区的 问题 ，利用 Ｓｍ ｌ ｋ 与 ＭＦ （ ｃ ｓｆ ｉ ｕｉ ｎ ＣＭｉ ｏｏｔ ｒ
套推进装置数学模型是研究的必要条件。本文所需的艇推进装置的数学模型应包括的子模型有：喷水
推 进器数 学模型 、柴 油机数 学模型 、调速器数 学模 型和传动装 置数学模 型 。
收稿 日期 ：２ ０￣８２ ；修 改稿收稿 日期 ：２０ ．１１ ０８ ．６ ０９０ —４
中
国
造
船
学 术论 文
１１ 调速器 模型【 ． 】
调速器模型输入为柴油机的设定转速和柴油机反馈的实际转速，通过一个 ＰＤ控制器输出供油齿 Ｉ
杆的位 置 。ＰＤ控制 器 的数 学描述 为 Ｉ
（ ＝ 【 ｆ＋ １ （）ｆ ｆ Ｐ）ｉ ） （ ｆｄ ＋
ｆ
，
】
‘１ ｌ
．
（） １
式中 ， ） 表示调速器的输出，即柴油机的齿杆位置；ｅ 表示柴油机设定转速与实际转速之间的误差。 （
船舶喷水推进器特殊工况性能研究
“ 体一 推 进器一 主机 ” 船 匹配 研 究 表 明 喷水 推
进船有 别于 螺旋 桨推 进 船最 显 著 的 特点
最 薄弱
常工况 ） 推进泵 可有 效利 用 来 流 的动 能增 加进 流 的 ， 净正 吸头 ， 延迟 和 抑制 空 化 的产 生． 在部 分 推进 器 工 作 ， 在进行船 舶机 动时 （ 文称 为 特殊 工况 ） 如 加 或 本 ， 速 、 弯过程 中 ， 流 的净 正 吸头 要 明显 减 小或 低 于 转 进
第３ ２卷第 ７期
２１ ０ １年 ７月
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Ｖｏ１３ ． ２ Ｎｏ． ７
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作 ， 喷水推进船转弯 、 对 加速及部分推进 器工作时 的性能进行 了研 究． 助计算 流体力 学方法数值 模拟 特殊工 况喷水 推 借 进器 的流场 ， 从流体动力特性 角度分析特殊工 况易发生空化 的原 因． 建立 了某 喷水推进船推进装置及船 体阻力 的数 学模 型， 以空化限制线为约束 ， 研究特殊工况 避免产生空化 的使用 方法． 究表明 ， 研 喷水 推进船转弯时泵 的有效进 流净正 吸头
速及部分 推进 器工作时 喷水推 进器 的流场 ， 计算 和 比
较 了 ３种工况 有效 净正 吸 头及力 矩 等参数 的变化 规
喷水推进器的流体动力学特性分析与仿真研究
喷水推进器的流体动力学特性分析与仿真研究引言：喷水推进器作为一种常见的推进装置，在航海、航空等领域广泛应用。
研究喷水推进器的流体动力学特性对于提高推进器的效率和性能具有重要意义。
本文旨在分析喷水推进器的流体动力学特性，并通过仿真研究探讨优化方案。
1. 喷水推进器的工作原理喷水推进器通过将水流喷出，产生反向冲力实现推进物体的目的。
它利用喷水原理，根据牛顿第三定律，水流的反作用力将产生推力。
具体工作原理如下：涡轮推进器将水流引入喷嘴，通过喷嘴高速喷射，形成高速的水柱；在水柱出口处，水柱将遇到外界水流阻力，产生反向冲力，推动装置前进。
2. 喷水推进器的流体动力学特性分析（1）喷嘴结构对推进器性能的影响喷水推进器的喷嘴结构对推进器性能有着重要影响。
通过调整喷嘴的形状、直径、角度等参数，可以改变喷水推进器的流速、喷射角度和推力大小。
例如，增加喷嘴的直径可以增加喷出的水量，从而提高推力。
而增加喷嘴的角度会改变喷射方向，影响推进器的运动方向。
（2）水流速度对推进效果的影响水流速度是影响喷水推进器效果的关键参数之一。
当水流速度较高时，喷水推进器的推力将增大。
然而，水流速度过高也会导致流阻增大，从而降低推力效率。
因此，在设计喷水推进器时需要综合考虑水流速度和推力效率的平衡。
（3）流动状态与推进器性能的关系喷水推进器的流动状态直接影响推进器的推力大小和工作效率。
如直流状态、旋转状态等。
研究发现，旋转状态下的喷水推进器能够提供更大的推力，而直流状态下的喷水推进器则能够提供更高的效率。
因此，如何通过优化推进器结构，使其在不同流动状态下达到最佳性能，是一个重要的研究方向。
3. 喷水推进器的仿真研究（1）基于计算流体动力学的仿真模拟计算流体动力学（CFD）技术可以有效地模拟和分析喷水推进器的流体动力学特性。
通过将喷嘴的几何模型导入CFD软件，可以模拟喷嘴内部的湍流、速度分布等参数，并得到喷水推进器的推进效果。
通过多次仿真实验，可以优化喷嘴的设计，提高推进器的性能。
船舶喷水推进介绍
船舶喷水推进介绍喷水推进技术简单来说是依靠泵吸取来流并将水流加速喷出，依靠反作用力使得船舶前进。
优点包括传动机构简单、吃水小、叶轮得以保护、噪声低于螺旋桨推进抗空泡性比螺旋桨优越、操纵倒车性良好、部件成套化等。
其缺点在于推进效率低、管道中的水使得整体排水量增加、进水口容易吸入航道的石块等。
喷水推进与螺旋桨噪声对比不同航速下各推进技术效率对比喷水推进原理简介由动量定理可推导得到喷水推进系统的理想推力，其中为流体密度，为系统流量，为航速，k为喷水速度和航速的速比。
由此得到喷水推进系统的效率为=可以看出，系统效率随着速比k的增大而减小，因此在系统参数选择的过程中，k是最为重要的值。
喷水推进系统的管道损失喷水推进系统的管道损失可以用来流速度头和系数的乘积表示，此为法；也可以用和流量有关的和系数的乘积表示，称为法。
后者更为精确，但需要大量船型和实验数据来得到数值。
喷水推进系统能量分配：。
公式意义为：喷水推进系统的扬程加上来流速度头与喷射速度头加上管道损失相平衡。
由下图可以直观地看到随着速比k变化，系统真实效率和理想效率之间相差的就是管道损失部分，并且随着k增大，喷射损失增加，管道损失所占系统损失的比重也在下降。
管道损失具体由进口损失，格栅损失，直管弯管损失，扩张收缩损失，喷口损失组成。
其中，进口损失最大。
由于需利用边界层流，进口对船航行的阻力以及防止空泡等因素，进水口的设计很重要。
一般水翼艇上采用冲压进口，滑行艇上采用平进口或半平进口。
冲压进口平进口推进泵介绍推进泵的作用是为来流增加速度能和压力能以转化为船舶行进的动能，其主要特性参数包括：流量，扬程，转速，功率，效率，比转速，汽蚀比转速等。
功率和流量与扬程的乘积有关，比转速和转速，流量，转速三者有关，汽蚀比转速和转速，流量和上吸真空度三者有关。
下面介绍三种推进泵：由于条件限制，一般采用模型泵的实验结果相似转换成得到实泵的结果。
得到的数据一般分为性能和汽蚀两部分。
泵喷水推进器研究进展
效解决 ， 即高推进效率实现 ， 转弯力保证以及倒车 装 置控 制 。喷水 推 进 的系统 总效 率 取决 于两个 方 面， 即水泵 效 率 和 系统 效 率 。二 者都 与推 进 水 泵
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ ４— ０ １
泵 喷水 推 进 器 研 究 进 展
倪永燕 ， 刘 为 民
（ 江 苏科技 大学 船舶 与海洋工程 学院 ， 江苏 镇 江 ２ １ ２ ０ ０ ３ ） 摘 要： 分析泵喷水推进器 的基 本工作原理及其与系统 的匹配 ； 重点讨论泵 喷水推进 器高效率 的实现所
涉及 的设计 问题 、 现代分析方法 与结论 以及推力计算领域的 内容 。介绍泵喷水推进器在转 向和倒 车领域 的问
Ｅ・ ｍ ａｉ ｌ ： ｎ ｉ ｙ ｏ ｎ ｇ ｙ ａ ｎ＠ ｓ ｉ ｎ ａ． ｔ Ｏ ｍ
从泵喷水推进器 的功率 和效率需求、 舰船布
置 的需 要 以及传 动机 构 的合 理 、 方便 、 可靠 等 因素 出发 ， 通 常选 用轴 流式 叶轮 或斜 流式 叶轮 ， 特殊 情 况 下也 会采 用离 心式 叶轮 。泵 喷水推 进器 不是 像
装置 。通 常采用 由液压驱 动 的分 隔式 双瓣导 管倒
车变 流装 置在 船 下改 变水 流 方 向 ， 使 船 得 到强 有 力 的 向后 推力 ， 随后 控 制 系统 允 许 可 倒 车 变流 装 置在保 持 全舵力 时 置于零 速度 位置 。 本文 主要 以艉 板 式 泵 喷水 推 进 器 为 例 ， 介 绍 喷水 推进 器 在 上 述 三个 方 面 关 键 技 术 的 研 究 进
修 回 日期 ： ２ ０ １ ３— ４ — ０ ２ ３
喷水推进器的工作原理与技术进展
喷水推进器的工作原理与技术进展喷水推进器是一种利用喷射高速水流来产生推力的装置。
它的工作原理基于牛顿第三定律，即每个作用力都会有一个相等且方向相反的反作用力。
当水流被喷射出去时，推进器会受到反作用力从而产生推力。
喷水推进器广泛应用于船舶、潜水器和水上运动器械等领域，因其高效、环保和可靠而备受青睐。
本文将重点介绍喷水推进器的工作原理以及近年来的技术进展。
喷水推进器的工作原理可以分为三个主要步骤：水流进入喷嘴、加速和喷射。
首先，从水源源头流入推进器内部。
然后，水流被加速并引导到喷嘴。
在喷嘴的狭窄空间内，水流速度被增加，同时发生压力降。
最后，速度增加的水流通过喷嘴喷射出来，产生反作用力并推动设备或船只前进。
在喷水推进器的设计中，关键因素之一是喷嘴的形状。
传统上，喷嘴被设计成一个对称的圆锥形，称为圆锥喷管。
这种设计能够产生均匀的水流，从而提高推进器的效率。
然而，近年来新型的非对称喷嘴形状也开始被广泛研究和应用。
这些非对称喷嘴能够更好地控制水流的速度和方向，从而提高推进器的操纵性和灵活性。
另一个重要的技术进展是电动喷水推进器的发展。
传统的喷水推进器需要燃烧燃料来驱动涡轮机或螺旋桨。
然而，电动喷水推进器利用电能直接驱动水泵，无需燃料燃烧，从而降低了污染物的排放和噪音的产生。
电动喷水推进器的使用还带来了更高的能源利用效率和可持续性。
此外，流体动力学模拟和计算机辅助设计已经在喷水推进器的研发中发挥了重要作用。
通过利用数值模拟软件，研究人员可以模拟水流在喷嘴和喷射过程中的行为。
这些模拟工具可以帮助优化喷水推进器的设计，提高推进器的效率和性能。
近年来，还有一项引人注目的技术进展是微喷水推进器的研究。
微喷水推进器是一种微小的推进装置，大小范围从毫米到厘米级别。
这种推进器适用于小尺寸的航空器、微型机器人和医疗设备等领域。
微喷水推进器的研究涉及微流体力学、材料科学和微加工技术。
通过微加工技术，可以制造出微米级的喷嘴和通道，从而实现微喷水推进器的小型化和高效化。
船舶喷水推进器推力分布研究
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 ， 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 进
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 ： 舶 ； 水 推 进 ；计算 流 体 力 学 ；推 力 分 布 船 喷
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船舶喷水推进泵的研究
摘要：喷水推进是近20余年急速发展成熟起来的一种特殊的推进方式，它利用喷水推进装置中推进泵喷出的高速水流的反作用力推动水中载体前进，并通过操舵倒航机构分配和改变喷流方向实现载体操纵。
所以喷水推进装置具有推进和操纵双重功能。
本文对喷泵的应用前景、优缺点、喷水推进的基本原理、推进装置和推进泵种类及喷泵推进装置设计的基本思路进行了简单介绍。
喷水推进装置通常由进口流道、推进泵、操舵倒航机构、液压系统和控制系统五大部分组成，如图l所示，推进泵是该装置的主体。
图1 喷水推进装置的组成
一、喷泵推进的应用前景
（1）在民用船及高性能船上的应用按相关统计，截止2003年的13年中，全世界共建造了655艘高性能船，包括双体船、三体船、穿浪艇等。
据统计，这655艘船中有75％采用喷水推进，另外25％采用螺旋桨或可调桨推进。
显然，喷水推进已经在轻型高速船上占有主导地位。
普通高速双体船、穿浪艇、三体船、单体船、侧壁式气垫船(SES)、高速货船，如小水线面船(SW ATH)、三用拖轮、stolkraft(一种中体在水面以上的三体船)等的其他船舶都采用了喷水推进。
（2）在军用领域的应用喷水推进技术在高速攻击艇FAC(Fast Attack Craft)，从高速车客渡船到海军高速运输舰、护卫舰和轻护卫舰、两栖装甲车辆、安静型核潜艇等领域都有所应用，并在某些方面具有特殊的优势。
一、喷泵式推进的优缺点
优点：
（1）推进泵叶轮在泵壳内受约束的水流中工作，运行平稳，水下噪声小。
（2）推进泵在高速范围内较螺旋桨有更好的抗空泡性能，从而能有更高的推进效率。
（3）推进泵较螺旋桨更适用于重载荷以及限制直径的场合。
（4）喷水推进适应变工况的能力强，在工况多变的船舶上能充分利用主机功率，延长主机寿命。
（5）具有优异的操纵性和动力定位性能。
（6）推进泵叶片在管道中不易损坏，可靠性好。
缺点：
（1）在航速低于25kn或叶轮直径不受限制时，喷水推进的推进效率一般较螺旋桨低。
（2）由于增加了管道中水的质量，加大了船舶的排水量。
（3）在水草或杂物较多的水域，进口容易出现堵塞现象而影响航速。
（4）推进泵叶轮拆换较螺旋桨复杂。
三、喷水推进的基本原理
喷水推进的基本原理与喷气式飞机的推进原理基本相同，喷水推进通常是由推进泵将水从载体底部吸入，通过喷口以高速水流向载体后面喷出，利用出流和进流动量变化产生的推力来推动载体前进（如图2所示）。
只不过是喷气式推进的介质是空气，而喷水推进的介质是水。
与螺旋桨推进相比，喷水推进叶轮上的力只是内力，而螺旋桨是靠叶片上的力直接推动载体运动。
图2 喷水推进原理图
四、推进装置和推进泵种类
喷水推进装置是推进泵、进口流道、操舵倒航机构、液压系统和控制系统的统称。
推进
泵是喷水推进装置的主体。
世界各大喷水推进公司提供的是整套喷水推进装置。
由于喷水推进要求喷出水流是连续的，这样得到的推力也才是连续的，所以间歇式泵很难用作喷水推进，而叶片泵出流连续、效率高、抗汽蚀性能好，因而作为喷水推进泵的首选。
用于喷水推进泵的泵型主要是轴流泵(如图3所示)和导叶式混流泵(如图4所示)，离心泵(如图5所示)用得很少。
这主要有两个原因。
图3 轴流泵
图4 导叶式混流泵
图5 离心泵
（1）大推力的需要由于推力方程)(0v v Q P j ⨯-⨯⨯=αρ 可知，推力与泵的流量Q 成正比，大推力要求有大的流量，上述三种泵是按比转速s n 来分类的，比转速可按式(4)计算：
H
Q n n s 65.3= (4) 三种泵相比较，轴流泵比转速高，即流量大，扬程低；离心泵比转速小，即流量小，扬程高；
而混流泵居于轴流泵和离心泵之间，流量和扬程适中。
由此不难看出，从推力的角度考虑喷水推进采用轴流泵较为理想。
但是由于轴流泵扬程低，对于高速船喷速高损失大，要求推进泵的扬程也较高，这样轴流泵只能靠多级串联才能满足要求，这就带来布置、重量等一系列矛盾。
因而喷水推进轴流泵大多用在航速相对较低的船上，而导叶式混流泵大多用在相对航速较高的船艇上，因为它流量和扬程都适中，采用单级就可满足要求。
离心泵流量小，产生的推力相对较小，且推进效率相对较低，只在特殊场合才应用。
（2）布置上的原因轴流泵和导叶式混流泵基本是沿轴线方向进流与出流，因而它可与主机、传动机构成直线布置，这在船舶推进系统上是十分合理的布局。
但离心泵和蜗壳式混流泵进流和出流成 90布置，因而在船舶上传动机构及轴系很难布置。
五、喷泵推进装置设计的基本思路
喷水推进船推进装置的设计一般讲分为两步：
（1）第一步有了船型及阻力、尾部型线、吃水状况、布置约束要求、发动机性能参数等条件，确定应该配置一台什么样的喷水推进泵才是相对最优的，即能达到高的推进效率或航速，同时又不会产生汽蚀(空泡)。
这就是喷水推进主要参数优化计算的内容，通过对喷水推进三个主要方程的叠代求解，可得到无数个喷水推进泵的参数，即流量)/(3s m Q 、扬程(m 水柱)、功率e N (kW)、转速n 、叶轮直径0D (m)、喷口直径j D (m)、比转速s n 。
、汽蚀比转速C 、航速s v (kn)等。
然后从中分析比较优化，得到认为相对最佳的方案。
这一过程通常称喷水推进主要参数的优化选择。
（2）第二步有了由喷水推进主参数优化得到的推进泵参数，通过什么方法，设计出所需要的喷水推进泵及相应的操控机构和自动控制系统。
结语：综上所述，喷水推进技术在确保水上载体高航速、无空泡运行的性能上比螺旋桨有明显优势外，对军用舰艇及两栖战车的隐身性能的提高也极具潜能。
因而无论是在民用船舶和军用舰艇，还是在水面舰船和两栖战车以及水下潜艇上，喷水推进技术都有广阔地应用前景。