一种仿生泵喷推进器制造技术

泵喷推进器通常由转子、定子和导管构成，与常规推进方式相比，有着更好的低噪性能。本发明专利技术的目的在于降低泵喷推进器在运行过程中产生的噪声，提高水下航行器的隐身性能。本发明专利技术模仿猫头鹰翅膀尾缘的锯齿结构，对泵喷推进器的导管和定子部分进行重新设计，在其尾缘切出锯齿结构。推进器结构改变后，导管和定子尾缘后连续的涡被锯齿分割成若干个小涡，周向连续性减弱，加速了涡的扩散，减小了推进器工作时由于涡流引起的振动与噪声。对于水下航行器，本发明专利技术不仅能够减小推进器的振动强度，而且能够明显地降低推进器辐射噪声声压级并改变噪声的频谱特性，提高了水下航行器的隐身性能以及作战时的生存能力，是一种颇有发展前景的降噪技术。

A Bionic Pump Jet Propeller

【技术实现步骤摘要】
一种仿生泵喷推进器所属
本专利技术涉及一种仿生泵喷推进器，具体地说是对传统的泵喷推进器的导管和定子部分进行仿生设计，通过在导管和定子尾缘切出锯齿结构，降低了推进器产生的振动与噪声，提高了水下航行器的隐蔽性和生存能力。
技术介绍
与常规螺旋桨相比，泵喷推进器有着优秀的推进效率，抗空化性能以及隐身性能。一般情况下，推进器转子的叶片数比常规推进器多，大多是7叶到17叶，增加叶数可以降低推进器的振动及其低频噪声；推进器导管通常使用减速导管，减小出口面积可以提高叶片推力并推迟空泡现象的发生；推进器定子按位置能够分为前置定子和后置定子，定子前置能够改善推进器进流场，减小推进器流噪声，定子后置能够利用转子旋转尾流中的能量，改善推进器效率，但噪声性能稍差。因为以上优点的存在，世界各个海军强国逐渐增强了对泵喷推进器水动力性能以及减振降噪研究的重视。定子后置的泵喷推进器虽然有着不错的推进效率，但与定子前置的泵喷推进器相比，仍然有几点不足之处：1)后置定子无法对泵喷推进器前方流场进行整理，导致推进器内部和尾流场中的涡流强度较高，也使得推进器产生的涡流噪声增强；2)转子尾流流经定子位置时，增加了定子表面的压力脉动，增加了推进器在运行时的振动强度；3)推进器转子叶梢产生的梢涡附着在导管内壁，增加了导管内壁在推进器径向上的压力脉动，从而进一步增强了推进器的振动。针对上述不足，本专利技术提出了一种仿生泵喷推进器，根据猫头鹰翅膀尾缘的锯齿结构(3)对泵喷推进器导管(1)和定子(2)部分进行重新设计。猫头鹰翅膀尾缘的锯齿结构(3)可以降低流场的展向相关性，将尾涡打散成若干小涡并加速涡的扩散，能够有效降低滑翔过程中产生的噪声。在泵喷推进器中，仿生学尾缘锯齿结构(3)对推进器尾流进行干扰，减少了导管(1)和定子(2)尾缘位置处的涡流强度并加速了涡的扩散，由于涡流噪声与涡的尺度有关，流场中涡强的这种变化大幅减小了推进器产生的低频噪声，从而降低了整体的噪声强度，并且附着在导管(1)和定子(2)表面的涡强减弱，也降低了推进器在工作时产生的振动，因此仿生学尾缘锯齿结构(3)的减振降噪效果能够提高水下航行器的隐蔽性和生存能力。
技术实现思路
本专利技术提供了一种仿生泵喷推进器，根据猫头鹰翅膀尾缘锯齿形状对推进器导管(1)和定子(2)进行重新设计。在不影响推进效率的前提下，降低了泵喷推进器在运行时产生的振动和噪声强度。为了达到上述功能，本专利技术提出了一种仿生泵喷推进器。其特征是：泵喷推进器转子(5)的结构保持不变，对推进器的导管(1)和定子(2)进行设计，在二者尾缘位置处切出若干个锯齿结构(3)。根据不同锯齿参数下的推进器数值模拟计算结果，本专利技术得出了锯齿结构(3)的最优参数：导管(1)处锯齿结构(3)为54个等腰三角形锯齿，锯齿齿宽平均分布，齿高hD为：hD＝L/10，L为导管(1)沿旋转轴方向上的长度。每个定子(2)处锯齿结构(3)为37个三角形锯齿，锯齿齿宽平均分布，齿高hS为：hS＝C/10，C为定子(2)弦长。上述的仿生泵喷推进器，其导管(1)和定子(2)结构改变后，转子(5)的结构保持不变，推进器推进效率几乎没有变化，保证了推进效率。上述的仿生泵喷推进器，结构改变前导管(1)和定子(2)尾缘位置涡的强度较高，结构改变后该位置的涡强减小，被分割成若干小涡，周向连续性减弱，加速了涡的扩散，降低了推进器产生的振动与噪声。上述的仿生泵喷推进器，定子(2)在整个推进系统中起到回收转子(5)尾流中部分旋转能量的作用，在提高推进效率的同时，使转子(5)尾流场更加平稳。本专利技术的优势在于：经过重新设计，在导管尾缘切出仿生学尾缘锯齿结构后，泵喷推进器产生的涡流会加速扩散，推进器尾部流场变得更加平稳，附近流场内的湍流强度和湍流范围减小，降低了推进器在运行时产生的振动与噪声，提高水下航行器的隐蔽性和生存能力。附图说明图1一种仿生泵喷推进器的结构示意图(有导管部分)。图2一种仿生泵喷推进器的结构示意图(无导管部分)。图3泵喷推进器(无导管部分)A处的放大图。图中：1.导管，2.定子，3.锯齿结构，4.桨毂，5.转子，6.桨轴。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步说明。如图1～3所示，本专利技术的一种仿生泵喷推进器是由导管(1)、定子(2)、锯齿结构(3)、桨毂(4)、转子(5)、桨轴(6)组成。本专利技术对泵喷推进器的导管(1)和定子(2)进行重新设计，在其尾缘处切出锯齿结构(3)。锯齿结构(3)有助于改善推进器附近的流场分布，能够减小推进器表面的压力脉动，降低推进器尾流中的湍流强度并且有助于降低推进器在工作时所产生的振动与噪声，为水下推进器的减振降噪提供了一种新的设计思路。根据仿生学尾缘锯齿结构(3)对泵喷推进器的导管(1)和定子(2)结构进行设计。导管(1)处锯齿结构(3)为54个等腰三角形锯齿，锯齿齿宽平均分布，齿高hD为：hD＝L/10，L为导管(1)沿旋转轴方向上的长度。每个定子(2)处锯齿结构(3)为37个三角形锯齿，锯齿齿宽平均分布，齿高hS为：hS＝C/10，C为定子(2)弦长。切出仿生学尾缘锯齿结构(3)后，推进器振动与噪声的强度降低，并且推进效率基本不受影响，提高水下航行器的隐蔽性和生存能力。该专利技术能够产生减振降噪效果的机理在于：原有的泵喷推进器在导管(1)和定子(2)尾缘位置涡强较大且周向连续，带有仿生学尾缘锯齿结构(3)后该区域的涡强大幅减小，并被锯齿分割成若干个小涡，周向连续性减弱，加速了涡的扩散，降低了流场中的湍流强度，流场中涡量场的这种变化能够使推进器涡流噪声降低。同时，湍流强度的减弱降低了导管(1)和定子(2)表面的压力脉动，因此推进器两处结构的振动强度减弱，从而仿生学尾缘锯齿结构(3)在泵喷推进器中产生了减振降噪的效果。这种仿生学改造结构简单，易于加工，能够产生不错的减振降噪效果，提高了水下航行器的隐身性能，是一种颇有发展前景的降噪技术。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种仿生泵喷推进器，其特征在于：泵喷推进器由导管(1)、定子(2)、锯齿结构(3)、桨毂(4)、转子(5)、桨轴(6)组成；定子(2)和转子(5)位于导管(1)内部，定子(2)在转子(5)的后方，桨毂(4)将转子(5)和桨轴(6)连接，并将桨轴(6)的动力传递到转子(5)上，使推进器产生向前的推力；尾缘锯齿结构(3)位于导管(1)和定子(2)的尾缘位置，通过干扰推进器尾流场起到减振降噪的作用。

【技术特征摘要】
1.一种仿生泵喷推进器，其特征在于：泵喷推进器由导管(1)、定子(2)、锯齿结构(3)、桨毂(4)、转子(5)、桨轴(6)组成；定子(2)和转子(5)位于导管(1)内部，定子(2)在转子(5)的后方，桨毂(4)将转子(5)和桨轴(6)连接，并将桨轴(6)的动力传递到转子(5)上，使推进器产生向前的推力；尾缘锯齿结构(3)位于导管(1)和定子(2)的尾缘位置，通过干扰推进器尾流场起到减振降噪的作用。2.根据权利要求1所述的一种仿生泵喷推进器，其特征在于：根据猫头鹰翅膀的尾缘锯齿结构(3)对导管(1)尾缘结构进行重新设计，在导管(1)尾缘位置处切出若干个锯齿结构；所述尾缘锯齿结构(3)为54个三角形锯齿，锯齿齿宽平均分布，齿高hD为：hD＝L/10，L为导管(1)沿旋转轴方向上的长度。3.根据权利要求1所述的一种仿生泵喷推进器，其特征在于：根据猫头鹰翅膀的尾缘锯齿结构(3)对定子(2)尾缘结构进行重新设计，在定子(2)尾缘位置处切出若干个锯齿结构；每个定子尾缘的锯齿结构(3)为37个三角形锯齿，锯齿齿宽...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙瑜，郭佳民，冯义坤，吴铁成，徐佩，苏广胜，马林，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：上海,31