泵喷推进器(pump-jet propulsor,PJP),简称泵喷,是近几十年取得重要发展的一种新型组合式水动力推进装置。泵喷推进器以其临界航速高、辐射噪声低的特点被应用于一些国家的新一代鱼雷和安静型潜艇,特殊应用背景对其水动力和噪声等性能提出了很高的要求,促进了泵喷推进器设计、性能预报以及试验测试技术的研究。
▲ 潜艇用泵喷推进器
水下航行器的发展,对推进器的要求不断提高,从追求更高的推进性能,到兼顾低振、低噪和声纹抑制的静音性能,推进器的设计和分析愈加复杂。水下推进器从螺旋桨发展到泵喷推进器,推进性能改善的同时,其结构形式、流动特性和致声机制变得复杂,装备应用的技术要求也变高。泵喷推进器是由转子、定子和导管等基本部件集成设计的多元组合式推进器,其在世界各国潜艇和鱼雷上的应用是水下航行器机械推进方式的重要发展,凸显了泵喷推进器独特的性能优势,是新世纪安静型潜艇和高速水中兵器研发的核心技术之一。但国内外泵喷推进技术的应用差距较大,特别是在大型及超大型水下航行器上的应用。认识泵喷推进器的性能特性并剖析背后的流场演化、振动传递和致声机制,充分利用泵喷推进器的结构形式特点和优势,提高推进性能并实现减振降噪是当前泵喷推进技术研究的重点之一。
▲ 泵喷推进器流场主要涡结构
(a) 涡系Ⅰ;(b) 涡系Ⅱ
西北工业大学航海学院是国内较早开展水中兵器和水下航行器研发的单位,积累了大量水下装备研制经验并形成了广泛、高效和可靠的技术体系,具备坚实的水下航行器推进器研究和设计基础,在高速水中兵器推进方面更是拥有丰富的对转螺旋桨和泵喷推进器的工程应用经验。泵喷推进器是由导管、转子和定子集成设计而成的组合式推进器,克服了对转螺旋桨在噪声和轴系上的劣势,实现了高临界航速和低辐射噪声,逐步取代其他类型推进器成为当前水下装备传统机械推进方式的首选。随着水下装备的大型化、智能化和集群化,特别是随着水下探测技术的快速发展,泵喷推进器的设计和应用面临着新的考验。泵喷推进器的安静设计已不再局限于抑制和调控流致噪声、激振力和流场激励,新材料和新驱动方式的应用也是重要的技术发展方向。
《泵喷推进器设计、分析与试验》一书作者所在课题组近些年在传统水中兵器泵喷推进技术的基础上,开展了大量大型及超大型水下航行器的泵喷推进器设计、分析、测试及应用工作,形成了特定的水下航行器泵喷推进技术体系,为国防装备建设作出了重要贡献。在积累大量研究和工程应用经验的基础上,潘光教授牵头撰写了《泵喷推进器设计、分析与试验》,集成了近些年的理论研究和工程设计方法,在泵喷推进研究上有创新,在工程应用上有突破,专著的原创性强,学术价值高,是理论研究和工程应用紧密结合的优秀专著。该书的出版将有助于我国水下航行器泵喷推进技术的快速发展,对推动水下航行器泵喷推进技术在我国的工程应用及推广具有非常重要的作用。
宋保维
中国工程院院士
西北工业大学校长、党委副书记
2023 年11 月10 日
《泵喷推进器设计、分析与试验》(潘光 等著.北京:科学出版社,2024.6)是作者所在团队近年来在泵喷推进技术研究、设计、试验和应用等方面成果的总结,系统介绍了泵喷推进器的设计、性能分析和模型试验。
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全书共9 章,第1 章介绍了水下航行器泵喷推进器的国内外应用和研究现状;第2 章介绍设计原理及采用轴流泵升力法的泵喷推进器设计实例;第3 章介绍了泵喷推进器流场的计算方法;第4 章为泵喷推进器流场演化特性的研究;第5 章和第6 章针对泵喷推进器结构与传统螺旋桨、导管螺旋桨等推进器的区别,研究了导管和定子的主要设计参数对泵喷推进器的水动力和辐射噪声性能、流场演化机理等方面的影响;第7 章系统研究了泵喷推进器流噪声特性;第8 章介绍了基于猫头鹰寂静飞行仿生学的泵喷推进器锯齿尾缘导管降噪,对不同设计参数锯齿结构的降噪效果进行了系统性分析;第9 章为泵喷推进器的模型试验,给出了敞水性能、流场和噪声性能的测试结果。
本书第1、4、6 章由黄桥高教授撰写,第2、9 章由施瑶教授撰写,第3、7、8 章由潘光教授撰写,第5 章由李晗副教授撰写,全书由黄桥高教授统稿。在本书撰写和泵喷推进器研究过程中,得到中国船舶及海洋工程设计研究院董新国研究员、国家自然科学基金项目(51979226)和国家国防科技工业局稳定支持项目等的大力支持!博士研究生鹿麟、秦登辉、李福正给予了帮助,在此表示感谢!
本文摘编自《泵喷推进器设计、分析与试验》(潘光等著.北京:科学出版社,2024.6)一书“前言”“序”,有删减修改,标题为编者所加。
ISBN 978-7-03-077853-6
责任编辑:杨丹,15502918619
本书主要介绍了泵喷推进器的设计、性能分析和模型试验。全书共9 章,第1、2 章梳理了国内外相关研究工作,介绍了泵喷推进器设计实例;第3 章建立了泵喷推进器的流场数值计算方法并进行实验验证;第4~6 章考虑定子和导管部件的影响,系统研究了泵喷推进器的水动力特性和流场特性;第7 章研究了泵喷推进器的流噪声特性;第8 章介绍了泵喷推进器的锯齿尾缘导管降噪数值研究;第9 章对泵喷推进器的水动力、流场和噪声进行了水洞测试。
本书可供兵器科学与技术、船舶与海洋工程等领域的科研工作者参考,也可供高等院校相关专业师生学习使用。
(本文编辑:刘四旦)
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