兩棲車輛中高壓噴水推進技術研究

李春旭

摘 要：本文旨在將中高壓射流噴水推進技術應用于兩棲車輛上，從而探究這種新型噴水推進方式對兩棲車輛的矢量控制效果。首先闡述了中高壓噴水推進技術研究現狀，其次研究并設計了中高壓噴水技術推進兩棲車輛方案，最后通過計算對兩棲車輛的動力性研究，驗證該方案可行性和優越性。

關鍵詞：兩棲車輛；中高壓噴水 ；推進技術

一、中高壓噴水推進技術研究現狀

（一）噴水推進技術的研究現狀

近些年來，隨著噴水推進技術所受到的關注度不斷加深，當前在噴水推進器的研制發展上，各個主要制造商都取得了非常大的進展，并且其取得的進步都各有特點。在設計研究方面，國外有學者采用模擬實驗的方法對入口、噴嘴的結構參數進行優化，著重探究了由進水口滲入空氣對噴水推進效率的影響，結合CFD技術對噴泵葉片進行了優化設計，研究了葉片的氣蝕現象。

（二）兩棲車輛的推進特性研究現狀

由于采用實驗的方法對兩棲車輛的推進性能進行研究存在周期長、花費大的問題，目前利用數值計算的方法進行兩棲車輛推進性能研究取得了較大的進展。在噴水推進矢量控制領域比較常見的射流偏轉裝置有兩種：機械導流板和轉動噴管。機械導流板雖有推力損失，但結構簡單、易于實現，因此廣泛應用于水面艦船以及水下航行器。

二、中高壓噴水推進兩棲車輛方案研究

兩棲車輛樣機采用雙噴嘴噴水推進方式， 同時考慮到樣機在水中的穩定性、 樣機排水量等因素，樣機元件采用軸對稱方式布置，布置方式如圖 2-1所示。每個噴嘴都使用一臺容積式高壓泵單獨提供高壓噴射流體，兩臺高壓泵也是通過兩個電機單獨提供動力源， 兩個進水口單獨進水。 采取這種布置方式， 不僅可以由矢量噴嘴控制兩棲車輛的航向， 而且每個噴嘴單獨由一個系統為其提供高壓噴射流體， 可以單獨調節每個噴嘴的噴射功率，從而實現矢量推進控制。

由于樣機采用軸對稱結構布置方式，則樣機橫搖就可以不用考慮，但重心的縱向坐標通過計算分析只能得到大概的位置。 為保證樣機在水中的縱傾角為零， 該樣機設計了導軌結構，如圖 2-2所示。高壓泵、電機等通過支架固定在導軌上，通過調節支架在導軌上的位置， 就可以保證高壓泵、 電機等元件前后位置可調， 通過調節就可以保證樣機在水面上的浮態。

三、推進方案計算與總結

（一）噴水推進裝置水動力計算

選定兩棲車輛模型為前端進水的雙矢量噴嘴射流推進形式， 將經過仿真優化后的噴嘴結構參數應用于兩棲車輛整體模型。 兩棲車輛模型的主要尺度參數如表 3-1 所示：

以兩棲車輛模型左側的噴嘴為例來分析噴水推進裝置作用于車體的縱向力、側向力和回轉力矩。當矢量噴嘴的射流角為零時，產生的射流反推力 為：

要實現兩棲車輛的矢量推進， 一方面可以通過調節噴嘴的偏轉角度， 另一方面可以調節兩臺推進泵的輸出功率來形成回轉力矩，或者同時改變這兩個因素來控制兩棲車輛的回轉運動。取兩棲車輛的初始航速為 4m/s，入水漂角為15 度，若噴嘴有偏轉角度，則偏轉角度均取為 30度，計算出各組噴嘴偏轉組合條件下兩棲車輛的縱向合力、橫向合力及回轉力矩，結果如表 3-2 所示。

（二）研究總結

通過上上述計算分析得出，當兩棲車輛采用噴水推進方式時具有優異的動力性能，并且該方案配置中高壓噴水推進系統的兩棲車輛不僅具有噪聲小、 推重比大、 效率高、 適應變工況強等優點，更加適宜兩棲車輛處于水面作戰，具備優良的水上操縱性能才可保證其在水上航行時的安全性、經濟性以及戰斗力和生命力。

參考文獻：

[1] 王立祥.噴水推進及噴水推進泵[J].通用機械，2007，24（10）： 7-12.

[2] 李曉暉，朱玉泉，聶松林.一種新型噴水推進器的設計及其關鍵技術[J].液壓與氣動，2018（5）： 28-31.

[3] 楊友勝，朱玉泉，羅小輝.正排量泵噴水推進技術[J].船舶工程， 2011，33（5）： 4-31.

[4] Yongsheg Y， Songtao N， Yuquan Z， et al. Reaction thrust of submerged water jets [J].Institution of Mechanical Engineers， 2007， 40（12）： 16-21.