螺旋混流式喷水推进泵轴对称矢量推进的流体动力学响应

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51669012
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    40.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0904.水力机械及系统
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The dynamic behavior of the water-jet propulsion is the coupling of the multifield fluid dynamic response process of the external flow around the vehicle , the inner flow and jet flow in the propulsion pump,which is the foundation of the dynamic behavior modeling, characteristic prediction and control system design of the vehicle. The maneuvering performance of underwater vehicle can be improved and the radiated noise can be reduced greatly with the pump-jet vectored thruster. The seven-blade highly-skewed propeller in many nuclear submarines abroad is replaced by the pump-jet thruster gradually. Although pump-jet thrust vector technology which is used to realize the thrust, pitch and yaw motion by the changing of the nozzle angle with the deflection of the rudder is far behind the aviation in the world.. In this item,a screw mixed-flow pump with the superiority of high speed thrust and low speed thrust was taken as the research object. A water-drop marine vehicle is selected as the carrier of the water-jet pump. The association model will be derived between the fluid-dynamic parameters with the magnitude of vector thrust and hydrodynamic vector angle by the experiment and numerical simulation. The question of dynamic response of the marine vehicle will be analyzed such as the thrust response under the variable outflow rate condition, the yaw and pitch moment response under variable water-jet angle and the hydrodynamic noise under the variable working conditions. A mathematical model on the relationship between the hydrodynamic characteristics of the propulsion pump and the fluid with the characteristics of the vector propulsion will be established. The research results will provide a little reference for the further theoretical research and application of our national pump-jet vectored thruster technology.
水下航行器喷水推进的动力学行为是航行器外部绕流、推进泵内部流动及泵射流多场流体动力学响应过程的耦合,也是航行器动力学行为建模、特性预测和控制系统设计的基础。国外许多大型核潜艇七叶大侧斜螺旋桨逐渐被高机动、低辐射噪声的泵喷推进所取代。目前国内外结合偏转舵面,快速实现航行器俯仰和偏航动作的泵喷矢量推进技术却远远滞后于航空领域。因此本项目以兼顾高速推进和低速推进的螺旋混流推进泵为研究对象,以水滴型水下航行器模型为载体,通过实验和数值计算的方法,建立推进泵流体动力学参数与泵喷推力矢量大小和矢量角之间的关联模型,以泵的出流速度和喷角等流体动力学参数为激励,分析水下航行体在变出流速度条件下的推力响应、变喷角条件下的偏航及俯仰力矩响应以及变工况条件下的水动力学噪声等动力学响应问题,建立推进泵与航行体流体动力学特性与矢量推进特性之间关系的数学模型,为我国泵喷矢量推进的理论研究和应用提供参考。

结项摘要

矢量泵喷推进是未来大中型舰船和潜航器提升机动性、降低推进系统振动和噪声的关键技术,本项目以兼顾高速和低速推进的螺旋混流式泵喷推进器为研究对象,以水滴型水下航行器模型为载体,通过实验、数值计算和理论分析的方法,考察了叶轮、空间导叶、喷管几何参数以及结构参数匹配对螺旋混流式喷水推进泵推进特性的影响,初步提出了以喷速比与过流面积比为基础的喷水推进泵的优化设计方法。其次,以泵的喷流速度和喷角等流体动力学参数推进器的系统输入,构建了推进泵流体动力学参数与泵喷推力、阻力矢量和矢量角之间的关联模型;基于潜航器操纵性基本理论和水动力系数,建立了泵喷潜航器六自由度空间运动模型,揭示了不同喷流速度和喷角下,潜航器斜航、转艏和俯仰机动的运动学响应。第三,采用瞬态数值计算方法,从内部流场及叶片载荷和径向力等方面分析了螺旋混流式喷水推进泵启动过程瞬态特性,揭示了推进泵启动时间及方式对喷水推进泵启动过程瞬态特性影响。第四,引入无量纲喷水推进泵进速系数对喷水推进射流产生的尾涡环进行无因次化定性分析,采用涡动力学与数学统计相结合的方法对射流尾涡环的诱导机理展开了定量描述,建立了泵喷尾涡环的传输速度、涡量、涡强及螺旋度等特征参数与推力之间的非线性系统数学模型;基于采用DES 模型和Lighthill声学有限元方法,得到了螺旋混流式泵喷潜航器喷流噪声辐射的一般规律。通过以上研究,本项目系统分析了泵喷潜航器喷流速度及喷角相关的矢量推力、偏航及俯仰力矩、水动力学噪声等动力学响应,建立推进泵与潜航器矢量推进特性之间关系的数学模型,可为我国潜航器泵喷矢量推进理论的深入研究和应用提供参考。

项目成果

期刊论文数量(14)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
水轮机活动导叶端面间隙磨蚀形态演变预测
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    农业工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩伟;陈雨
  • 通讯作者:
    陈雨
轴向间隙对对旋式喷水推进泵水力特性的影响
  • DOI:
    10.13675/j.cnki.tjjs.180713
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    推进技术
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩伟;胥丹丹;郭威;苏敏;陈雨;韩阳
  • 通讯作者:
    韩阳
Acoustic Characteristics of Water-jet Propulsion with Screw Mixed-flow Pump under Quasi-submerged State
螺杆混流泵喷水推进准浸没状态声学特性
  • DOI:
    10.1142/s021798492050373x
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Modern Physics Letters B
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Wei Han;Ran Chen;Rennian;Min Su;Yan Qiang
  • 通讯作者:
    Yan Qiang
水轮机活动导叶端面间隙磨蚀特性数值模拟
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    排灌机械工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩伟;陈雨;刘宜;李光贤;王洁;王腾达
  • 通讯作者:
    王腾达
Investigation of turbulence-induced quadrupole source acoustic characteristics of a three-dimensional hydrofoil
三维水翼湍流四极源声学特性研究
  • DOI:
    10.1142/s0217984920501456
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
    Modern Physics Letters B
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    李仁年;梁文娜;韩伟
  • 通讯作者:
    韩伟

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其他文献

基于多模光纤偏芯熔接实现温度和折射率同时测量的光纤传感器
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    光学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    童峥嵘;韩伟;曹晔
  • 通讯作者:
    曹晔
一株蒽降解细菌的分离及降解特性研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    微生物学通报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    于瑶瑶;韩伟;王莹莹
  • 通讯作者:
    王莹莹
不同掺气孔径下水流空化特性试验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2013
  • 期刊:
    水动力学研究与进展A辑
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    郭志萍;董志勇;韩伟
  • 通讯作者:
    韩伟
原位合成对苯二甲酸柱撑Ni-Al-LDHs/γ-Al_2O_3过程中的非原位结晶反应
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    石油学报(石油加工)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩伟;宋伟娟;徐春艳;刘洪涛;张敬畅
  • 通讯作者:
    张敬畅
环境雄激素的危害、来源与环境行为
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    Acta Ecologica Sinica
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    韩伟;李艳霞;杨明;李帷;林春野;张丰松;熊雄
  • 通讯作者:
    熊雄

其他文献

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韩伟的其他基金

螺旋轴流式气液混输泵气滞动态不稳定性及其自适应控制策略
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螺旋轴流式气液混输泵气滞动态不稳定性及其自适应控制策略
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  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    33 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
St数对水力机械动静叶栅内固液两相非定常流动特性的影响
  • 批准号:
    51209113
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  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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