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噴水推進(jìn)
應(yīng)用于滑行艇等的特種動力裝置
基本信息
| 中文名 | 噴水推進(jìn) |
| 外文名 | water jet propulsion |
| 性質(zhì) | 特種動力裝置 |
| 類別 | 交通工程 |
| 方法 | 推進(jìn)水泵噴出的水流的反作用力 |
| 應(yīng)用 | 滑行艇、穿浪艇、水翼艇 |
收起
理論基礎(chǔ)
近幾十年來，隨著泵理論水平、泵設(shè)計(jì)水平和噴水推進(jìn)船應(yīng)用的增多，噴水推進(jìn)開始被人們接受，并逐漸發(fā)展成為中小排水量、高航速、高性能艦船設(shè)計(jì)所選用的極具競爭力的推進(jìn)方式之一。
(1)理想推進(jìn)器
噴水推進(jìn)裝置是一種反作用力的推進(jìn)器，水流經(jīng)過進(jìn)水管道到達(dá)能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，從而增加了能量。在經(jīng)過壓力管和噴口，以較大的速度噴出。通過連續(xù)的高壓水流產(chǎn)生的反作用力就是推動船舶航行的推力。
(2)實(shí)際推進(jìn)器
在實(shí)際情況下，整個(gè)噴水推進(jìn)系統(tǒng)受到多方面的影響，會有多方面的效率損失。
實(shí)際推進(jìn)器在實(shí)際管道系統(tǒng)和推進(jìn)泵本身都有水力損失，而理想推進(jìn)器都忽略了這些損失。實(shí)際總效率=推進(jìn)泵效率×推進(jìn)系統(tǒng)效率×水泵軸連接的效率。
在實(shí)際狀況下，到底該如何提高實(shí)際推進(jìn)效率，主要有三種方法：
1)根據(jù)船型阻力，船舶設(shè)計(jì)航速等因素，合理選擇噴水推進(jìn)泵的揚(yáng)程、流量等
2)提高噴水推進(jìn)泵的效率
3)減小整個(gè)流道的水力損失
提高實(shí)際噴水推進(jìn)效率，主要是通過減少管道水力損失，由于推進(jìn)泵的效率可以達(dá)到90%，管道效率可以達(dá)到70%，管道水力損失主要體現(xiàn)在泵管道入口、彎管、收縮管、噴水口等因素，由于管道損失受多方面的影響，因此提高管道效率變得極為困難，目前還沒有一套對于管道設(shè)計(jì)的成熟理論，現(xiàn)在最有效的方法就是實(shí)船試驗(yàn)、模型試驗(yàn)和風(fēng)道測量阻力系數(shù)。本文的主要研究重點(diǎn)是噴射泵的流場分析和整個(gè)噴水推進(jìn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對于管道的水力損失不作為重點(diǎn)研究對象。
裝置組成
典型的噴水推進(jìn)裝置結(jié)構(gòu)主要由原動機(jī)及傳動裝置、推進(jìn)水泵、管道系統(tǒng)、舵及倒舵組合操縱設(shè)備等組成的。
原動機(jī)及傳動裝置：噴水推進(jìn)裝置最常見的原動機(jī)及傳動裝置配置有燃?xì)廨啓C(jī)與減速齒輪箱驅(qū)動、柴油機(jī)與減速齒輪箱驅(qū)動、燃?xì)廨啓C(jī)或柴油機(jī)直接驅(qū)動等形式。在采用全電力綜合推進(jìn)的艦船上則一般采用電動機(jī)直接驅(qū)動推進(jìn)水泵的形式。
推進(jìn)水泵：推進(jìn)水泵是噴水推進(jìn)裝置的核心部件。從推進(jìn)水泵凈功率和效率的要求、艦船布置的需要以及傳動機(jī)構(gòu)的合理、方便等方面出發(fā)，通常選用葉片泵中的軸流泵和導(dǎo)葉式混流泵，特殊情況下也可以采用離心泵。世界著名的推進(jìn)水泵生產(chǎn)廠家主要有瑞典的Kamewa公司、新西蘭的Hamilton公司、荷蘭的Lips Jet、日本的川崎公司和三菱重工公司、雙環(huán)公司等。
管道系統(tǒng)：主要包括進(jìn)水口、進(jìn)水格柵、擴(kuò)散管、推進(jìn)水泵進(jìn)流彎管和噴口等。管道系統(tǒng)的優(yōu)劣在很大程度上決定了噴水推進(jìn)系統(tǒng)效率的高低。
舵及倒舵組合操縱設(shè)備：采用噴水推進(jìn)的船舶不能靠主機(jī)、推進(jìn)水泵的逆轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)倒航，一般是通過設(shè)法使噴射水流反折來實(shí)現(xiàn)。由于經(jīng)噴口噴出的水流相對舵有較大的流速，所以一般采用使噴射水流偏轉(zhuǎn)的方法來實(shí)現(xiàn)船舶的轉(zhuǎn)向。常見的舵及倒舵綜合操縱設(shè)備有外部導(dǎo)流倒放斗、外部轉(zhuǎn)管放罩等。
特點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
（1）噴水推進(jìn)裝置在加速和制動性能方面具有和變距螺旋槳相同的性能，噴水推進(jìn)船舶具有卓越的高速機(jī)動性，在回轉(zhuǎn)時(shí)噴水推進(jìn)裝置產(chǎn)生的側(cè)向力可使回轉(zhuǎn)半徑減小。
（2）噴水推進(jìn)船舶艙內(nèi)噪聲和振動較小，比具有螺旋槳的船舶低（7-10）dB(A)。
（4) 日常保養(yǎng)及維護(hù)較為容易。
缺點(diǎn)
（1) 艦船航速較低時(shí)（低于20kn時(shí)），噴水推進(jìn)的效率比螺旋槳要低一些。
（2）由于增加了管路中水的重量，導(dǎo)致航行器的排水量增大（通常占全船排水量的5%左右），效率有所降低。進(jìn)水口損失的功率約占主機(jī)總功率的7%~9%。
（3）在水草或雜物較多的水域，進(jìn)口容易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象而影響艦船的航速。
（4）機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)仍然比較復(fù)雜，體積龐大。由于增加了外殼體的保護(hù)，推進(jìn)泵葉輪的拆換比螺旋槳復(fù)雜。
（5）在航行過程中產(chǎn)生的空氣輻射噪聲仍較大。
（6）推力矢量化程度低，特別在航行器轉(zhuǎn)彎時(shí)其推力會喪失。
（7）缺乏一套操作靈敏、水動力學(xué)性能優(yōu)異的倒車裝置。
發(fā)展趨勢
國內(nèi)外水下高速航行器的研究趨勢是體積小型化、航行隱形化、進(jìn)攻高速化、制導(dǎo)精確化。改變傳統(tǒng)的軸流泵推進(jìn)技術(shù)，采用系列模塊化制造技術(shù)，以使用無軸推進(jìn)技術(shù)為主要趨勢。具體來講采用中高壓容積式液壓泵作為推進(jìn)噴射泵符合當(dāng)前推進(jìn)技術(shù)的發(fā)展趨勢，成為水下航行器無軸推進(jìn)技術(shù)的最佳選擇。
1)船體推進(jìn)器一體化技術(shù)。噴水推進(jìn)泵和船體的相互作用將使艇板上產(chǎn)生較大升力，而對噴口和船體進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)可在一定程度上提高噴水推進(jìn)器效率。
2)無軸式推進(jìn)技術(shù)。直接利用電動機(jī)驅(qū)動噴水推進(jìn)泵可以避免軸系上的損失，對于提高效率和結(jié)構(gòu)簡化都有一定意義。
3)矢量控制技術(shù)。矢量控制是噴水推進(jìn)發(fā)展的重要趨勢，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、效率較低，而結(jié)構(gòu)簡單、高效的矢量控制技術(shù)越來越受到噴水推進(jìn)研究者的重視。
最后，由于高速渡船和高速貨船對大功率的噴水推進(jìn)器有很大的需求，噴水推進(jìn)正朝著單擊功率大型化方向發(fā)展。
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