底板式全回转喷水推进器的设计与性能研究

发布时间：2017-07-25 18:23

  本文关键词：底板式全回转喷水推进器的设计与性能研究

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【摘要】：船舶喷水推进的发展,都是向着振动小、噪声低、阻力小、效率高等方向。本文主要为了应对特殊的工作环境,来进行设计的一款底板式全回转喷水推进器,该推进器转弯半径小,适合船舶在浅滩暗礁多的水域航行。论文依据一艘巡逻艇的常规参数进行整个喷水推进系统的设计与分析;建立相应的仿真模型,采用CFD分析喷水推进泵内流场水力性能,根据分析结果来不断改进模型以到最佳效果;之后对喷水推进系统的全回转传动结构进行设计;最后在循环水槽中进行比例模型试验,对设计的喷射泵进行效果验证与分析。本文的主要工作为以下几方面:(1)根据巡逻艇的船型、尺寸、性能等方面的要求得出装配主机型号和喷射泵设计所需要的主要参数,包括泵的类型、扬程、流量、转速等。初步计算得出喷射泵的尺寸和叶轮尺寸,通过SolidWorks软件建立仿真模型。(2)依据得到的基本参数建立不同的叶轮模型以及喷水推进泵壳体几何模型,利用CFD进行不同工况下的分析。主要分为不同叶片数、不同叶片厚度、不同叶顶间隙条件下的三种情况。根据分析结果选择合适的叶片数目、最优叶片厚度和最佳叶顶间隙,确立最终的喷射泵主体结构。(3)依据装配主机的型号、功率和喷射泵所需功率来设计整个喷水推进系统的传动机构,喷水推进泵的工作方式为全回转,采用无舵方式来改变航向,并且安装在船底部与船底平齐,因此对于传动结构进行了特殊的设计,使其达到360°全回转的要求。(4)对设计的不同工况下的仿真模型,利用3D打印机打印,然后在循环水槽中进行试验验证,通过试验验证了CFD预报的准确性,并且表明本文设计的喷射泵能够达到船舶航行的要求。
【关键词】：设计 喷水推进 CFD仿真 3D打印 试验
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U664.34
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-22
• 1.1 研究的背景及意义14
• 1.2 国外底板式喷水推进器的发展及现状14-17
• 1.3 国内底板式喷水推进器的发展及现状17-18
• 1.4 底板式全回转喷水推进器18-19
• 1.5 本文主要研究内容19-20
• 参考文献20-22
• 第2章 底板式全回转喷水推进系统参数的计算22-42
• 2.1 喷水推进理论22-25
• 2.1.1 喷水推进理论基础22-24
• 2.1.2 船用喷水推进基本方程及参数24-25
• 2.1.3 喷水推进系统基本方程式25
• 2.2 船舶阻力计算25-27
• 2.3 巡逻艇的主机选型27-30
• 2.4 喷水推进泵主要参数的选择30-33
• 2.5 喷水推进泵结构设计33-40
• 2.5.1 泵整体结构的设计及工作流程33-34
• 2.5.2 叶轮叶片的设计与选择34
• 2.5.3 叶轮外径与轮毂比的选择34-36
• 2.5.4 叶片数目的选择36-37
• 2.5.5 叶顶间隙的选择37
• 2.5.6 喷射泵模型的建立37-40
• 2.6 本章小结40-41
• 参考文献41-42
• 第3章 喷水推进泵的内流场数值分析42-61
• 3.1 喷水推进系统的数值分析理论42-46
• 3.1.1 流动控制方程42-43
• 3.1.2 湍流模拟43-44
• 3.1.3 湍流模型44-46
• 3.2 网格的画分46
• 3.3 边界条件的设置46-48
• 3.4 不同叶片数条件的CFD计算分析48-51
• 3.4.1 CFD计算喷射泵产生的推力48-49
• 3.4.2 不同叶片数目下的特性曲线49-50
• 3.4.3 不同叶片数压力分析50-51
• 3.4.4 喷水推进泵的效率计算51
• 3.5 不同叶片厚度条件的CFD计算分析51-54
• 3.5.1 不同叶片厚度喷射泵产生的推力52-53
• 3.5.2 不同叶片厚度条件下叶片表面压力分布53-54
• 3.5.3 不同叶片厚度条件下喷水推进泵的效率54
• 3.6 不同叶顶间隙的CFD计算分析54-59
• 3.6.1 叶轮叶片表面压力分布55-56
• 3.6.2 叶顶间隙泄漏形成机理56-58
• 3.6.3 叶顶间隙流动分析58-59
• 3.6.4 不同叶顶间隙下喷水推进泵的效率59
• 3.7 本章小结59
• 参考文献59-61
• 第4章 底板式全回转喷水推进器的传动机构设计61-71
• 4.1 技术参数与机构简图61-62
• 4.1.1 技术参数61
• 4.1.2 传动机构简图61-62
• 4.2 主要零部件的结构设计62-70
• 4.2.1 轴的结构设计62-63
• 4.2.2 螺旋锥齿轮的设计63-67
• 4.2.3 轴承的选型计算67-69
• 4.2.4 回转支承的设计69
• 4.2.5 联轴器的选型69-70
• 4.3 本章小结70-71
• 第5章 喷水推进泵推力测定试验71-82
• 5.1 试验目的71
• 5.2 试验理论依据71-74
• 5.2.1 几何相似71-72
• 5.2.2 运动相似72
• 5.2.3 动力相似72-73
• 5.2.4 量纲分析73-74
• 5.3 试验台架及设备74-76
• 5.3.1 试验台架74-75
• 5.3.2 试验设备75-76
• 5.4 试验模型76
• 5.5 试验方法76-77
• 5.6 试验数据采集及误差分析77-80
• 5.6.1 试验数据采集77-80
• 5.6.2 误差分析80
• 5.7 本章小结80-82
• 第6章 结论与展望82-85
• 6.1 结论82-83
• 6.2 展望83-85
• 攻读硕士期间发表的论文85-87
• 致谢87

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本文编号：572655