轮缘推进器的水动力性能分析及噪声预报

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轮缘推进器作为当下最火热的特种推进器之一,依靠其利用电磁的无轴式传动,可以利用较小的空间体积获得更好的水动力性能,并造成更小的噪声,这对当前海洋潜器的研究提供了有利帮助。本文对简化的轮缘推进器进行水动力性能分析,建立完善的水动力分析方法,并在此基础上进行结构优化,通过对特种构型的轮缘推进器的设计与分析研究,总结出他们各自的特点,并针对水动力性能进行对比分析,并总结分析了各自噪声的特点。本文首先利用STAR-CCM+软件对轮缘推进器进行网格划分、计算并分析了轮缘推进器的水动力性能,根据敞水曲线发现其有极好的传动效率,并在斜流工况下仍能发挥极好的特性。随后对桨叶及螺距分布进行了变参数分析,发现螺距分布极大的影响轮缘推进器的水动力性能,桨叶数数目增加会得到更大的推力和转矩,但相反效率会降低,可以根据实际应用来取舍。其次,将传统推进器与轮缘推进器相结合提出了特种构型的轮缘推进器,分别对带定子式和对转式轮缘推进器进行了水动力性能分析,后置定子能够很好地改善尾流场分布,对转式桨叶可以获得更大的推力和转矩,能够较大地改善轮缘推进器的水动力性能。随后,根据两种推进器的水动力性能分析结果,结合带定子式和对转式轮缘推进器的优点,提出了一种两级串联式的轮缘推进器,该型式轮缘推进器可以很好的继承带定子式和对转式轮缘推进器的优点,获得均匀的尾流场和较大的推力和转矩,展现了不错的水动力性能。并根据其复杂的结构形式提出了优化的方向,除了桨叶和螺距比的影响因素较大外,定子叶数影响较小,与旋转桨叶数匹配即可,转子和定子的间距以及两级轮缘之间的间距都会对水动力性能造成很大影响。最后,对传统轮缘推进器以及三种特种轮缘推进器进行了无空化噪声预报,根据得到的声压级连续图和三分之一倍频程图可以确定轮缘推进器的噪声主要由低频噪声提供,并根据得到的声指向性图得到在距离轮缘推进器标准1m处的噪声分布大小以及分布规律。通过对比分析得到两级串联式轮缘推进器前后桨叶的初始相位差可以影响噪声的大小。
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