燃气涡轮机在鱼雷动力系统中的应用与发展

回顾并展望了燃气涡轮机在鱼雷动力推进系统中的应用与发展,分析了燃气涡轮机在鱼雷动力推进系统中的发展需要,基于对鱼雷燃气涡轮机动力系统的组成、原理和特点的认识,指出满足鱼雷要求的涡轮机类型一般是轴流式或重入式部分进气单级或复级冲动涡轮机,与航空燃气涡轮机作比较,其在结构、驱动目的、能源、冷却介质以及废气排放等方面有较大区别,与液体火箭发动机燃气涡轮泵比较,其在使用燃料、使用环境和工作方式等方面也有很大区别,最后对开展鱼雷燃气涡轮机的研究提出了几点建议。     

基于ANSYSCFX的鱼雷涡轮机通流流场及性能计算方法

运用计算流体力学（CFD）软件ANSYSCFX对鱼雷涡轮机通流部分流场及性能进行了数值计算,介绍了CFD技术应用到鱼雷燃气涡轮机通流设计中的一般步骤,旨在提供一种燃气涡轮机通流部分流场及性能的预测方法,探索CFD技术在鱼雷燃气涡轮机动力系统设计中的应用途径。研究结果表明,利用CFD技术计算鱼雷燃气涡轮机通流流场,预测通流气动性能与试验数据吻合较好。本文的研究成果对鱼雷涡轮机工程研制具有一定的参考价值。     

基于计算流体动力学方法的鱼雷涡轮机功率计算

以往涡轮机功率计算都采用1D解析法及经验公式,无法考虑通流部分中各种损失,而且不便于对涡轮机作进一步性能参数优化。本文基于计算流体动力学（CFD）方法,对鱼雷燃气涡轮机通流部分的3D流场进行数值模拟计算,并对模拟计算结果进行分析及后处理,得到涡轮机叶轮叶片力矩值,推算出涡轮轴输出功率,为分析涡轮机内部各种损失,优化涡轮机性能参数提供了重要依据。     

动叶围带对鱼雷涡轮机通流性能影响研究

针对鱼雷涡轮机叶片短小,顶部间隙泄漏损失严重的问题,基于求解雷诺平均的NAVIER-STOKES方程组,对有无围带下鱼雷涡轮机通流不同工况下流场及性能进行了数值计算,研究了有无围带时涡轮机功率、效率、燃气流量以及各种流动损失的变化规律,分析了叶轮围带对涡轮机通流流场及性能的影响。研究表明,在鱼雷涡轮机叶轮顶部上安装围带有助于消除叶轮流道主流中叶片径向的泄漏流动,减小叶轮内部流动损失,提高涡轮机通流效率和功率,改善鱼雷涡轮机通流部分的工作性能。     

一种水下航行器燃气涡轮机性能模拟试验方法

针对以往水下航行器动力系统设计试验中的不足,通过分析水下航行器涡轮机的基本原理,利用空气动力学和流场相似理论,对涡轮机性能模拟试验原理和方法进行了探讨,提出了一种通过燃气涡轮机低工况性能模拟试验来验证设计工况的试验方法,旨在为涡轮机的性能试验验证提供理论基础,同时为涡轮机的试验条件建设提供参考。     

水下航行体燃气涡轮机工作特性数值研究

基于求解雷诺平均的NAVIER-STOKES方程组,对水下航行体涡轮机的工作特性进行了数值计算,研究了水下航行体涡轮机气动性能的主要参数（涡轮功量、流量和效率）与状态参数（转速、膨胀比）之间的关系,分析了涡轮机通流部分各种损失的变化规律,为部分进气燃气涡轮机设计及工程应用提供参考。研究表明,涡轮机喷管流动状态不受其后叶轮的影响,只与涡轮机膨胀比有关;存在一个临界膨胀比值,涡轮机膨胀比大于此值时,喷管速度系数和总压恢复系数随膨胀比变化比较平缓,而小于时,喷管速度系数和总压恢复系数随膨胀比减小而急剧减小;存在一个临界膨胀比,使得涡轮机效率最大;膨胀比大于此值时,涡轮机效率随膨胀比减小而减小;小于此值后,涡轮机效率随膨胀比减小而急剧降低;同一膨胀比下,涡轮机转速减小,涡轮机效率降低。     

水下航行器燃气涡轮机叶轮模态分析

为了避免水下航行器燃气涡轮机在工作时发生共振,在合理的假设条件下建立了燃气涡轮机叶轮的有限元模型,利用有限元分析软件ANSYS的循环对称方法对其进行了模态分析,并对前12阶振型进行了讨论,分析了叶轮转速和工作温度对叶轮模态的影响,所得结论符合工程实际规律,对水下航行器燃气涡轮机的安全使用、结构设计和动力学分析具有重要的参考价值。     

基于活塞流的脉冲式喷水推进技术分析

为了避免螺旋桨因速度过快而产生的空化问题,高速水面舰艇倾向于使用喷水推进这一新型推进方式。对于喷水推进在无人水下航行器上的应用,受到高温高压燃气推动活塞做功这一热功转换形式的启发,在活塞流的基础上提出一种结构简单、成本低廉的新型脉冲式喷水推进系统,初步建立了该喷水推进的数学模型,在此基础上进行了气体膨胀过程的理论计算和数值仿真计算,并通过计算得到的数据对该模型参数作了进一步的优化,得到更加贴近实际过程的推力和总冲量等相关参数。通过分析计算,验证了该模型的合理性,为后续喷水推进技术研究提供参考。     

部分进气燃气涡轮机叶轮流场数值模拟

基于求解雷诺平均的NAVIER-STOKES方程组,对部分进气燃气涡轮机叶轮内部流场进行全3D粘性定常数值模拟,研究了涡轮机叶轮内部流场精细结构。研究结果表明,本文所使用的数值模拟方法能够较好地捕捉部分进气燃气涡轮机叶轮内部存在的各种复杂流动结构;叶轮进口燃气超音速,导致叶轮入口产生激波,激波与边界层干涉,造成边界层分离,引起流动损失增大,从而影响叶片的载荷分布和涡轮效率;叶轮通道内部流动呈强3D特性,存在各种旋涡结构;部分进气设计和叶轮高速旋转,使叶轮受到强烈的交变力冲击,对叶片应力分布产生不利影响。该方法为部分进气燃气涡轮机设计及工程应用提供参考。     

变工况鱼雷燃气涡轮机调节方法的选择

鱼雷在变速或者变深航行时，效率会变得很低，乃至不能正常运行。所以必须进行变工况的计算，并研究出与之相适应的调节方法。本文应用工程热力学及空气动力学的有关理论，分析了鱼雷燃气涡轮机在变工况条件下的可调参数，提出了可行性调节方法，并给出了相关的计算数学模型。仿真结果验证了数学模型的正确性。     

超空泡鱼雷推进系统相关问题设计初探

总结了超空泡鱼雷对推进系统的3个设计要求，通过超空泡鱼雷推进系统与传统推进系统比功率的对比，确定超空泡鱼雷推进装置的类型宜选喷射推进装置；计算确定了鱼雷航程与燃料比冲量及密度的关系，选择水反应金属作为主要燃料。对采用金属水反应发动机的超空泡鱼雷推进系统工作原理和控制方式进行了详细论述，提出使用启动药柱和涡流旋转燃烧室解决金属水反应发动机启动和持续反应的问题，通过改变超空泡鱼雷尾部喷嘴喷出气体的方向来控制鱼雷的航行姿态。研究表明，采用铝水反应发动机的喷射推进系统可以满足超空泡鱼雷推进系统的设计要求。     

鱼雷热力发动机发展概况及选型研究

论述了国外鱼雷热力发动机发展概况以及鱼雷热力发动机选型的依据和发展趋势。较全面地分析了发展潜用反大型水面舰的鱼雷热动力系统透平机试验样机是可行的。同时展望了新型的超空泡鱼雷动力系统。     

鱼雷小角度入水过程仿真

针对鱼雷小角度入水问题,采用多相流混合模型及动网格方法,分析了鱼雷在小入水角条件下的入水空泡形成过程,以及雷体外形与入水空泡壁的相互作用特点,获得了不同入水角、入水攻角条件下俯仰力矩及力矩作用点位置在入水过程中的变化规律。仿真结果表明,减小入水攻角、延迟动力点火将有助于避免发动机失速、鱼雷跳水等异常现象,采用泵喷射推进器有利于鱼雷入水过程的稳定。     

矩阵式高温涡轮叶片水流量计算及验证

以某型船用燃机矩阵式冷却结构的涡轮叶片为例,进行了水流量计算及实验验证。该叶片工作环境约为850％、压力为0．45MPa。严格参照叶片设计图纸,分别采用一维、三维设计软件建立计算模型,进行了水流量对比计算分析。在此基础上,根据批量生产的叶片进行水流量数据试验,对比实验验证,计算结果最大误差为5．62％。     

鱼雷涡轮机叶片顶部气封流场数值研究

通过求解雷诺平均的NAVIER-STOKES方程组,数值计算了带气封围带结构的鱼雷涡轮机动叶顶部间隙内部3D流场及特性,研究了不同气封结构形式对涡轮机通流效率和动叶顶部泄漏流动的作用,比较了迷宫式气封不同齿数下动叶间隙泄漏气流的流动特性,分析了迷宫式气封齿数对鱼雷涡轮机通流效率和泄漏特性的影响。研究表明,在叶片顶部间隙中采用气封结构能够有效减小燃气泄露流量,提高涡轮机通流气动性能;在相同气封齿数下,迷宫式气封结构要比一般梳齿型气封结构密封效果好;迷宫气封通过气流在气封齿间空腔形成的3D涡流,将气流动能转化为热能,从而起到密封效果;气封齿数越多,密封效果越好,对涡轮机通流性能的改善也越大。     

舰艇运动对鱼雷发射入水参数影响

舰艇运动对舰载鱼雷发射有较大影响。为了分析舰载鱼雷发射的入水参数,对舰载鱼雷发射入水参数的影响因素进行了研究,综合考虑了舰摇、舰速、发射管转角及鱼雷发射时舰艇姿态对鱼雷入水参数的影响,建立了鱼雷发射入水参数的数学模型,并分别对舰艇运动发射过程与静水中发射过程进行了仿真计算。仿真结果表明,舰艇运动下的鱼雷发射模型能更真实的反映鱼雷发射情况,为舰载鱼雷发射的研究提供参考。