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2.1.4.3垂向静水力
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第3章 推进器设计
3.1喷水推进器的概要
喷水推进装置的研究可以追溯到300多年以前，1661年Toogood与Hayes就获得了英国的专利。此后有关喷水推进装置的研究一直没有停止过。国际上有不少专门组织机构科研单位对喷水推进器喷水推进装置以及影响喷水推进性能的各种因素做了大量的研究和试验使喷水推进技术近几十年来有了突破性的发展.喷水推进已被广泛采用在高性能舰船上.为满足特殊用途和高性能需要一些新型喷水推进器及装置也相继出现。
英国皇家造船工程学会分别于1994 年1998 年2001 年和2004 年组织并召开了国际喷水推进会议，这是专门交流近期世界各国喷水推进研究成果的国际性学术会议。[10]
20世纪70年代以来喷水推进泵的水平有了较大的发展，主要体现在一下三个方面
[11]
：
1. 泵的比转速范围增加
50年代的轴流泵比转速范围是500-1000，而20世纪60年代轴流泵比转速达到1600仍有很高的效率，而到了70年代轴流泵比转速可以高达3000，这对于采用轻型高速主机是有利的。
2. 泵的汽蚀比转速增加
泵的汽蚀比转速定义为，其中Hr为汽蚀余量，它反应了泵的空泡特性，通常C值在800-1100的范围，在泵前串联诱导轮后可以使C值高达3000。
3. 泵的功率增加
20世纪60年代末，单泵组的功率多为二三千瓦，而1975年交付试验的PHM导弹水翼艇单泵组功率达到11900kW（16200马力），瑞士研制的PT250水翼艇单泵组功率达到20600kW（28000马力）。
3.2喷水推进器较常规螺旋桨推进技术的优点
a) 推进效率高
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传统的螺旋桨在旋转时不仅产生推力，而且产生无用的扭矩。在航速较高时，螺旋桨还容易产生空泡，从而导致效率损失。而喷水推进装置的导管起到了分割流场，产生推力增值的作用，可以达到更高的效率。
b) 操纵性好
喷水推进船舶的操纵不需要改变主机转速，而主要依靠改变喷射水流方向来实现船舶的转向和倒航。因而，在一定的主机转速下，喷水推进船舶可以做到无级变速、驻航和倒航。如果采用双机双桨，还可以实现船舶横移。
c) 噪声低
噪声低喷水推进装置的动叶轮在泵壳内均匀流场中工作，可推迟空泡的产生，从而减小叶片的振动和噪声。而且，由于喷水推进装置的传动结构简单，可明显减低内部噪音，船体振动量也会有所降低。
3.3喷水推进器的工作机理
喷水式舰船推进装置包含有吸水装置、输水装置和喷水装置。吸水装置位于舰船的首部，含有吸水口、吸水口防护罩、吸水口开关，吸水口开设在舰船的首部，吸水口防护罩罩住吸水口的开口部分，联接在舰船的壳体上，吸水口开关的进水端联接吸水口的收口端，其出水端与输水装置中的输水管的前端相联，增压泵的出水端与增压输水管的前端相联。输水装置中的增压泵可为一个或多个，视舰船的长度、大小和增压的实际需要配置，若为多个，则从第一级到最后一级依次串联（一个增压泵为一级增压，多个增压泵则为多级增压）。喷水装置位于舰船的尾部，含有喷水机、调向阀门、正向喷头及开关、逆向喷头及开关，喷水机的进水端与增压输水管的出水端相联，其出水端与调向阀门的进水相联，调向阀门的两个出水端分别与正向喷头开关的进水端相联，正向喷头的出水端伸出舰船尾部正面壳体，出水喷射入承载舰船的后面水体中，逆向喷头的出水端伸出舰船尾部侧面壳体，出水喷射入承载舰船的侧面水体中。
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图3-1喷水推进装置工作流程示意图
吸水装置、输水装置、喷水装置依次联接共同构成一套完整的喷水式舰船推进装置，吸水口、增压泵、喷水机、调向阀门等是其中的关键部件，吸水口呈喇叭型，开口端与舰船首部的壳体相联，利用舰船首部壳体曲成半开放的集水凹槽，凹槽迎水面有防护罩，吸水口的收口端位于舰船壳体内，与吸水口开关的进水端相联。吸水口此种设计既有利于增压泵主动吸水，又有利于消减舰船首部的兴波阻力。增压泵包含有泵体、叶轮、轴和动力，叶轮装在轴上，轴与动力相联。喷水机含有机壳、喷射轴和动力，喷射轴为锥状螺旋体，安装在锥状机壳内并与动力相联。喷水机的主要功能是产生高压高速水流，通过喷头喷射而出，使舰船获得强大的反冲动力。调向阀门含有球形阀体、球弧形阀瓣、圆柱形阀轴、进水端、正向出水端、侧向出水端、底座，阀瓣紧套在阀体内，通过阀轴转动改变出水方向，在关闭侧向出水端的同时开启正向出水端，或在开启侧向出水端的同时关闭正向出水端，使来自喷水机的高压水流或从正向喷头喷出，或从逆向喷头喷出，从而使舰船或前进、或转向、或倒退，达到调向目的。喷水式舰船推进装置中的吸水口开关和喷头开关（包括正向喷头开关和逆向喷头开关）主要因安全考虑而设置，为直通式开关，这些开关一旦关闭，即可阻止外界水体进入喷水式舰船推进装置，有利于设备的随时维修。
喷水式舰船推进装置中的吸水装置、输水装置、喷水装置依次联接安装在舰船壳体的底面上。具体到每一艘喷水式舰船，可以根据实际需要组成一套或数套喷水式舰船推进装置，按照合适的规格和结构方式，组合成实用的喷水式舰船推进装置，按照合适的规格和结构方式，组合成实用的喷水式舰船推进系统。
喷水式舰船的操纵简便灵活，利用动力系统调速，利用调向阀门调向，可实现无舵操纵。与传统的有舵操纵的螺桨式舰船相比，无舵操纵的喷水式舰船的机动性能要强得
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多，而且减少了许多不必要的能量和功率损耗，其潜在的经济价值和军事价值不可低估。
3.4喷水推进器理论
喷水推进系统的理想推力为Ti,则Ti应等于单位时间内动量的增量
Ti,=
则有效功为Ti，而输入功为动能的增量，即因此理想效率有
为喷射速度与来流速度之比，即一般来说>，>1，<1，只有当=时=1。对于喷水推进器能量损失为
此损失可称为损射损失。
在实际流体中，喷水推进系统有多种损失，主要是管道系统和泵自身都有水力损失。
设原动主机的功率为Np，水泵连轴节处的传送效率为，则推进泵的收到功率是
水泵的主要作用是把机械能变为水力能，主要参数是流量Q和杨程H,因此，水泵的输出功率为, 水泵的效率为
管道系统在输入的功率后，输出推动船前进的功率为。因此，管道系统效率为
喷水推进系统的推进效率为。
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