小型球形潜水器喷水推进系统设计及数值分析

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1、分类号：密级：ＵＤＣ：编号：工学博士学位论文小型球形潜水器喷水推进系统设计及数值分析博士研究生：陈瑶指导教师：郭书祥教授学位级别：工学博士学科、专业：模式识别与智能系统所在单位：自动化学院论文提交日期：2013年3月12日论文答辩日期：2013年5月16日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofD.EngDesignandNumericalAnalysisofWater-jetPropellerAppliedt

2、oSmallSphericalSubmersibleCandidate:ChenYaoSupervisor:Prof.ShuxiangGuoAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpeciality:PatternRecognitionandIntelligentSystemDateofSubmission:March，2013DateofOralExamination:May，2013University:HarbinEngineeringUn

3、iversity哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文

4、工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者(签字)：导师（签字)：日

5、期：年月日年月日小型球形潜水器喷水推进系统设计及数值分析摘要本文针对小型球形潜水器因其完全对称的形状，在各个方向受到的阻力相同的特点，使用传统的螺旋桨或导管螺旋桨推进系统难以满足小型球形潜水器运行需求的难点问题，提出使用内流式的喷水推进系统用于小型球形潜水器的推进，喷水推进系统安装在潜水器的内部，由四个喷水推进装置组成喷水推进系统，喷水推进系统四个喷口设计在潜水器的后部，组成一个推进面，通过改变喷口喷射水流的流量，引起推进面的变形，操纵小型球形潜水器运动。这种设计方法能够很好地控制喷水推进泵产生

6、的噪音，基本上不产生由于推进装置的安装增加的附体阻力。通过对这种全新的喷水推进系统形成推进面推进小型球形潜水器的推进方式研究，解决当今操纵小型球形潜水器的技术难题。目前，国内外的研究者对应用于大中型船舶的喷水推进系统进行了广泛深入的研究，对于本文应用于小型球形潜水器的小尺寸喷水推进系统推进小型球形潜水器方式、推进系统入口对小型球形潜水器的影响、喷水推进系统多个喷口喷射水流互相耦合对小型球形潜水器的影响和喷水推进系统驱动小型球形潜水器的运行参数等研究很少涉及。本文针对上述问题，结合小型球形潜水器的

7、特点进行了研究，主要研究工作如下：1、在参阅分析大量国内外潜水器、球形潜水器和喷水推进系统研究成果的基础上，分析了小型球形潜水器形状和水下运行阻力的特点，指出使用一个喷水推进装置形成的点推进方式和两个喷水推进装置的线推进方式很难达到小型球形潜水器运动需求，设计了使用喷水推进系统的面推进方式推进小型球形潜水器的方案，方案为小型球形潜水器内部进水，通过统一入口与外部流体交换水流，四个喷水推进装置布置在小型球形潜水器内部通过导管连接到壳体的喷口上，喷口喷射水流形成推进面，通过推进面变形推进小型球形潜水

8、器运动。2、利用喷水推进系统的入口速度分布不均匀性现象与入口速度比IVR相关的特点，提出喷水推进系统使用统一入口降低IVR，来消除入口速度分布不均匀性现象对小型球形潜水器的影响这个技术难题。结合小型球形潜水器自身特点，应用FLUENT软件分析了喷水推进系统统一入口在不同IVR条件下，对小型球形潜水器航速的影响，即在IVR≤0.5时可以消除喷水推进系统统一入口速度分布不均匀性现象的出现。使用数值计算数据验证了优化方法的可行性，并对本文设计的喷水推进系统优化后的统一入口面积进行了数值计算，提出在小型