一种非均匀进流道式推进器的制作方法

1.本发明涉及水下推进器技术领域，尤其是一种非均匀进流道式推进器。


背景技术：

2.对于潜艇、鱼雷和auv等水下航行器而言，声隐身性能是一项重要的性能指标之一。推进器噪声是水下航行体三大噪声源之一，根据频谱特征可以分为低频线谱噪声、低频宽带噪声和中高频噪声，其中低频线谱噪声主要由于推进器进流的空间不均匀性引起的推进器叶片受到周期性的非定常激励力直接辐射噪声所致，由于能量高，衰减慢，低频线谱噪声极易被探测捕获。此外，非定常激励力还通过轴系传递引起推进器-轴-水下航行器耦合振动，从而辐射噪声。因此，控制推进器非定常激励力至关重要。
3.与螺旋桨相比，常规泵喷推进器由于定子可以均匀来流等特点，使得定子周向均匀布置的常规泵喷推进器在降噪、增效方面有一定的优势。但是，由于潜艇等水下航行器除了轴对称主体外，还有上层甲板、指挥台围壳、艏舵或围壳舵、用于操纵控制的艉附体，使得定子前方的流场是周向非均匀的。现有常规泵喷推进器定子为周向均匀分布，前方来流经过周向均匀布置的定子调制后，转子进流的均匀性有所改善，但仍然是周向非均匀的流场，因此常规泵喷推进器仍会受到一定的非定常激励力，有进一步减小非定常激励力和增加推进效率的空间。


技术实现要素：

4.本技术人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种结构合理的非均匀进流道式推进器，从而使得非均匀来流经由非均匀进流道转换为均匀流体后流入后方的转子组件，使得推进器整体具有更小的非定常激励力和更高的推进效率。
5.本发明所采用的技术方案如下：
6.一种非均匀进流道式推进器，包括导管，导管内轴向方向的前部安装定子组件，导管内轴向方向的后部安装转子组件，所述导管为前大后小的贯通管体结构，包括有沿着轴向方向前后衔接的管体一和管体二，管体一左右对称，管体二为轴对称回转体，管体一顶面与管体二轴线之间的距离小于管体一底面与管体二轴线之间的距离；所述定子组件位于管体一内部，转子组件位于管体二内部；所述定子组件包括有定子毂，定子毂外壁面上沿着周向间隔安装有定子叶片，分布于定子毂外壁面上部的定子叶片密集程度大于下部的密集程度。
7.作为上述技术方案的进一步改进：
8.所述导管横截面从前向后逐渐向内收缩减小，构成开口前大后小的光滑壁面。
9.所述管体一的横截面由上下两个半椭圆形构成，上下两个半椭圆形共用水平轴长(x)，半椭圆形的竖向轴长(y)与水平轴长(x)之间的比值(y/x)在0.8-1.2之间。
10.所述导管与定子组件相对固定，单个定子叶片相对于定子毂轴向方向呈螺旋倾斜方向布设，定子叶片内端部衔接于定子毂外壁面上，定子叶片外端头衔接于导管内壁面上；
所述转子组件转动安装于定子组件的后端头。
11.所述定子毂正上方左右各偏摆40
°
(α)区域内定子叶片布设密集。
12.所述定子叶片的总数量为9-30，定子叶片相较于定子毂左右对称布设。
13.所述转子组件包括转子毂，转子毂外圆周面上间隔均匀配装有转子叶片，位于单个转子叶片根部随边两侧的定子毂外壁面上均设置有导流体。
14.单个转子叶片外端头与管体二内壁面之间的间隙均相同，转子叶片内端头均与转子毂固定衔接；所述转子叶片的总数量为5-21。
15.单个转子叶片均相对于转子毂外壁面呈螺旋配装，导流体位于转子叶片螺旋延长线的后部。
16.位于转子叶片压力面处的导流体型值及安装位置相同，位于转子叶片吸力面处的导流体型值及安装位置相同；单个导流体的高度(h)为转子叶片半径的1％-4％。
17.本发明的有益效果如下：
18.本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过将导管设置为上半部相对矮的非对称结构，将定子组件的定子叶片布设为上密下疏的非对称形式，契合于定子前方周向非均匀的流场，非均匀来流流经导管和定子组件时转换为相对均匀的流体，而后再流入转子，从而改善推进器转子的进流均匀性，使得转子来流中与转子叶数相关的高阶量减小，推进器具有更小的非定常激励力和更高的推进效率，达到进一步地降噪、增效，极大地助力于保障潜艇等水下航行器的安静性和快速性；
19.导流体设置于转子叶片根部随边两侧，由导流体与转子叶片根部的根涡相互作用，达到减弱甚至消除根涡，从而减小推进器能量损伤，可提高效率达1％-3％。
附图说明
20.图1为本发明的结构示意图。
21.图2为本发明导管的主视图。
22.图3为图2的右视图。
23.图4为本发明定子组件的侧视图。
24.图5为本发明转子组件的结构示意图。
25.图6为图5中a处的局部放大图。
26.其中：1、导管；2、定子组件；3、转子组件；
27.11、管体一；12、管体二；
28.21、定子叶片；22、定子毂；
29.31、转子叶片；32、导流体；33、转子毂。
具体实施方式
30.下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
31.如图1所示，本实施例的一种非均匀进流道式推进器，包括导管1，导管1内轴向方向的前部安装定子组件2，导管1内轴向方向的后部安装转子组件3，导管1为前大后小的贯通管体结构，包括有沿着轴向方向前后衔接的管体一11和管体二12，如图2和图3所示，管体一11左右对称，管体二12为轴对称回转体，管体一11顶面与管体二12轴线之间的距离小于
管体一11底面与管体二12轴线之间的距离；定子组件2位于管体一11内部，转子组件3位于管体二12内部；如图4所示，定子组件2包括有定子毂22，定子毂22外壁面上沿着周向间隔安装有定子叶片21，分布于定子毂22外壁面上部的定子叶片21密集程度大于下部的密集程度。
32.通过将导管1设置为上半部相对矮的非对称结构，将定子组件2的定子叶片21布设为上密下疏的非对称形式，契合于定子前方周向非均匀的流场，非均匀来流流经导管1和定子组件2时转换为相对均匀的流体，而后再流入转子，从而改善推进器转子的进流均匀性。
33.本实施例中，非轴对称回转体的管体一11和非均匀布设定子叶片21共同对流过的非均匀来流产生有利干扰，将非均匀流转换为均匀流，减小流场中的高阶分量，而后再进入适伴流结构导管1后半部分的轴对称回转体的管体二12中。
34.导管1横截面从前向后逐渐向内收缩减小，构成开口前大后小的光滑壁面。
35.当然，管体一11与管体二12在相互衔接处的截面是形状、大小一致匹配的，以实现光滑壁面的衔接，使得流过的流体均匀。
36.管体一11的横截面由上下两个半椭圆形构成，上下两个半椭圆形共用水平轴长(x)，半椭圆形的竖向轴长(y)与水平轴长(x)之间的比值(y/x)在0.8-1.2之间。
37.也就是说，如图3中所示，上方半椭圆形的竖向轴长为y1，下方半椭圆形的竖向轴长为y2，y1《y2，由y1和x控制上方半椭圆形的几何形状，由y2和x控制下方半椭圆形的几何形状。
38.由于水下航行器左右对称、上下不对称，形成的标称艉流场也具有左右对称、上下不对称的特征，因此，具有该特征的艉流场流经具有该特征的非轴对称回转体的管体一11时，产生相互作用，更能够较好地起到整流作用，改善非均匀来流的均匀性，减小推进器非定常激励力，提高推进效率。
39.导管1与定子组件2相对固定，单个定子叶片21相对于定子毂22轴向方向呈螺旋倾斜方向布设，定子叶片21内端部衔接于定子毂22外壁面上，定子叶片21外端头衔接于导管1内壁面上；转子组件3转动安装于定子组件2的后端头。
40.定子毂22正上方左右各偏摆40
°
(α)区域内定子叶片21布设密集。
41.当然，定子叶片21在α范围内可以均匀地相对密集布设，也可以是从上至下由密而疏地相对密集布设；同样的，在α范围之外，定子叶片21可以是均匀地相对稀疏布设，也可以是沿着周向非均匀地布设。
42.定子叶片21的总数量为9-30，定子叶片21相较于定子毂22左右对称布设。
43.定子叶片21的实际数目以及沿着定子毂22周向的布设可以根据水下航行体及其全附体结构来确定。
44.实际中，由于水下航行器有指挥台围壳等上层建筑，使得标称艉流场的上方更不均匀，故非均匀的定子叶片21在上方布置密集，有利于最大程度地改善非均匀来流的均匀性，而每个定子叶片21型值相同，可降低生产成本。
45.如图5所示，转子组件3包括转子毂33，转子毂33外圆周面上间隔均匀配装有转子叶片31，位于单个转子叶片31根部随边两侧的定子毂22外壁面上均设置有导流体32。
46.导流体32设置于转子叶片31根部随边两侧，由导流体32与转子叶片31根部的根涡相互作用，达到减弱甚至消除根涡，从而减小推进器能量损伤，可提高效率达1％-3％。
47.单个转子叶片31外端头与管体二12内壁面之间的间隙均相同，转子叶片31内端头均与转子毂33固定衔接；转子叶片31的总数量为5-21。
48.实际中，转子叶片31的数目根据水下航行体及其全附体结构确定。
49.每个转子叶片31型值完全相同，与经过适伴流的导管1和非均匀的定子组件2整流后的均匀流相互作用，减小转子叶片31受到的非定常激励力，同时，周向均匀布置的转子叶片31可降低生产成本。
50.单个转子叶片31均相对于转子毂33外壁面呈螺旋配装，导流体32位于转子叶片31螺旋延长线的后部，导流体32随边与转子叶片31根部随边齐平，导流体32与转子毂33固定连接。
51.位于转子叶片31压力面处的导流体32型值及安装位置相同，位于转子叶片31吸力面处的导流体32型值及安装位置相同；单个导流体32的高度(h)为转子叶片31半径的1％-4％，如图6所示，有效保证与转子叶片31根涡的相互作用，从而从源头上有效减弱或者消除毂涡。
52.本发明的工作原理为：
53.由于潜艇等水下航行器除了轴对称主体外，还有上层甲板、指挥台围壳、艏舵或围壳舵、用于操纵控制的艉操纵面等附体，使得常规泵喷推进器定子前方的流场是周向非均匀的，经过周向均匀的定子调制后，转子进流仍然是周向非均匀的流场。
54.根据潜艇标称艉流场特征，有针对性地设计适伴流的导管1和非均匀的定子组件2，当艇艉非均匀来流与适伴流的导管1和非均匀的定子组件2相互作用后，可以使得转子组件3的进流场更加均匀，特别是与转子叶片31数目的整数倍数相关的高阶量减小20％～50％，从而非定常激励力减小20％～50％。
55.另外，转子叶片31根部会形成根涡，各叶片的根涡汇聚最终形成毂涡，有针对性地在每个转子叶片31后部设计导流体32，可减弱或者消除根涡，从而从源头上减弱或消除毂涡，减小能量损失，提高效率1％～3％。
56.本发明能够有效改善推进器转子的进流均匀性，使得转子来流中与转子叶数相关的高阶量减小，推进器具有更小的非定常激励力和更高的推进效率，达到进一步地降噪、增效，极大地助力于保障潜艇等水下航行器的安静性和快速性。
57.以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

技术特征：
1.一种非均匀进流道式推进器，包括导管(1)，导管(1)内轴向方向的前部安装定子组件(2)，导管(1)内轴向方向的后部安装转子组件(3)，其特征在于：所述导管(1)为前大后小的贯通管体结构，包括有沿着轴向方向前后衔接的管体一(11)和管体二(12)，管体一(11)左右对称，管体二(12)为轴对称回转体，管体一(11)顶面与管体二(12)轴线之间的距离小于管体一(11)底面与管体二(12)轴线之间的距离；所述定子组件(2)位于管体一(11)内部，转子组件(3)位于管体二(12)内部；所述定子组件(2)包括有定子毂(22)，定子毂(22)外壁面上沿着周向间隔安装有定子叶片(21)，分布于定子毂(22)外壁面上部的定子叶片(21)密集程度大于下部的密集程度。2.如权利要求1所述的一种非均匀进流道式推进器，其特征在于：所述导管(1)横截面从前向后逐渐向内收缩减小，构成开口前大后小的光滑壁面。3.如权利要求1所述的一种非均匀进流道式推进器，其特征在于：所述管体一(11)的横截面由上下两个半椭圆形构成，上下两个半椭圆形共用水平轴长(x)，半椭圆形的竖向轴长(y)与水平轴长(x)之间的比值(y/x)在0.8-1.2之间。4.如权利要求1所述的一种非均匀进流道式推进器，其特征在于：所述导管(1)与定子组件(2)相对固定，单个定子叶片(21)相对于定子毂(22)轴向方向呈螺旋倾斜方向布设，定子叶片(21)内端部衔接于定子毂(22)外壁面上，定子叶片(21)外端头衔接于导管(1)内壁面上；所述转子组件(3)转动安装于定子组件(2)的后端头。5.如权利要求1所述的一种非均匀进流道式推进器，其特征在于：所述定子毂(22)正上方左右各偏摆40
°
(α)区域内定子叶片(21)布设密集。6.如权利要求1所述的一种非均匀进流道式推进器，其特征在于：所述定子叶片(21)的总数量为9-30，定子叶片(21)相较于定子毂(22)左右对称布设。7.如权利要求1所述的一种非均匀进流道式推进器，其特征在于：所述转子组件(3)包括转子毂(33)，转子毂(33)外圆周面上间隔均匀配装有转子叶片(31)，位于单个转子叶片(31)根部随边两侧的定子毂(22)外壁面上均设置有导流体(32)。8.如权利要求7所述的一种非均匀进流道式推进器，其特征在于：单个转子叶片(31)外端头与管体二(12)内壁面之间的间隙均相同，转子叶片(31)内端头均与转子毂(33)固定衔接；所述转子叶片(31)的总数量为5-21。9.如权利要求7所述的一种非均匀进流道式推进器，其特征在于：单个转子叶片(31)均相对于转子毂(33)外壁面呈螺旋配装，导流体(32)位于转子叶片(31)螺旋延长线的后部。10.如权利要求7所述的一种非均匀进流道式推进器，其特征在于：位于转子叶片(31)压力面处的导流体(32)型值及安装位置相同，位于转子叶片(31)吸力面处的导流体(32)型值及安装位置相同；单个导流体(32)的高度(h)为转子叶片(31)半径的1％-4％。

技术总结
本发明涉及一种非均匀进流道式推进器，包括导管，导管内前部安装定子组件，后部安装转子组件，导管为前大后小的贯通管体，包括前后衔接的管体一和管体二，管体一左右对称，管体二为轴对称回转体，管体一顶面与管体二轴线之间的距离小于管体一底面与管体二轴线之间的距离；定子组件位于管体一内部，转子组件位于管体二内部；定子组件包括有定子毂，定子毂外壁面上沿着周向间隔安装有定子叶片，分布于定子毂外壁面上部的定子叶片密集程度大于下部的密集程度；从而由导管配合定子组件共同构成非均匀进流道，使得非均匀来流经由非均匀进流道转换为均匀流体后流入后方的转子组件，使得推进器整体具有更小的非定常激励力和更高的推进效率。推进效率。推进效率。


技术研发人员：刘登成 王磊 周斌 郑巢生 唐登海
受保护的技术使用者：中国船舶科学研究中心
技术研发日：2023.02.15
技术公布日：2023/6/7