两栖车辆中高压喷水推进技术研究

李春旭

摘 要：本文旨在將中高压射流喷水推进技术应用于两栖车辆上，从而探究这种新型喷水推进方式对两栖车辆的矢量控制效果。首先阐述了中高压喷水推进技术研究现状，其次研究并设计了中高压喷水技术推进两栖车辆方案，最后通过计算对两栖车辆的动力性研究，验证该方案可行性和优越性。

关键词：两栖车辆；中高压喷水 ；推进技术

一、中高压喷水推进技术研究现状

（一）喷水推进技术的研究现状

近些年来，随着喷水推进技术所受到的关注度不断加深，当前在喷水推进器的研制发展上，各个主要制造商都取得了非常大的进展，并且其取得的进步都各有特点。在设计研究方面，国外有学者采用模拟实验的方法对入口、喷嘴的结构参数进行优化，着重探究了由进水口渗入空气对喷水推进效率的影响，结合CFD技术对喷泵叶片进行了优化设计，研究了叶片的气蚀现象。

（二）两栖车辆的推进特性研究现状

由于采用实验的方法对两栖车辆的推进性能进行研究存在周期长、花费大的问题，目前利用数值计算的方法进行两栖车辆推进性能研究取得了较大的进展。在喷水推进矢量控制领域比较常见的射流偏转装置有两种：机械导流板和转动喷管。机械导流板虽有推力损失，但结构简单、易于实现，因此广泛应用于水面舰船以及水下航行器。

二、中高压喷水推进两栖车辆方案研究

两栖车辆样机采用双喷嘴喷水推进方式， 同时考虑到样机在水中的稳定性、 样机排水量等因素，样机元件采用轴对称方式布置，布置方式如图 2-1所示。每个喷嘴都使用一台容积式高压泵单独提供高压喷射流体，两台高压泵也是通过两个电机单独提供动力源， 两个进水口单独进水。 采取这种布置方式， 不仅可以由矢量喷嘴控制两栖车辆的航向， 而且每个喷嘴单独由一个系统为其提供高压喷射流体， 可以单独调节每个喷嘴的喷射功率，从而实现矢量推进控制。

由于样机采用轴对称结构布置方式，则样机横摇就可以不用考虑，但重心的纵向坐标通过计算分析只能得到大概的位置。 为保证样机在水中的纵倾角为零， 该样机设计了导轨结构，如图 2-2所示。高压泵、电机等通过支架固定在导轨上，通过调节支架在导轨上的位置， 就可以保证高压泵、 电机等元件前后位置可调， 通过调节就可以保证样机在水面上的浮态。

三、推进方案计算与总结

（一）喷水推进装置水动力计算

选定两栖车辆模型为前端进水的双矢量喷嘴射流推进形式， 将经过仿真优化后的喷嘴结构参数应用于两栖车辆整体模型。 两栖车辆模型的主要尺度参数如表 3-1 所示：

以两栖车辆模型左侧的喷嘴为例来分析喷水推进装置作用于车体的纵向力、侧向力和回转力矩。当矢量喷嘴的射流角为零时，产生的射流反推力 为：

要实现两栖车辆的矢量推进， 一方面可以通过调节喷嘴的偏转角度， 另一方面可以调节两台推进泵的输出功率来形成回转力矩，或者同时改变这两个因素来控制两栖车辆的回转运动。取两栖车辆的初始航速为 4m/s，入水漂角为15 度，若喷嘴有偏转角度，则偏转角度均取为 30度，计算出各组喷嘴偏转组合条件下两栖车辆的纵向合力、横向合力及回转力矩，结果如表 3-2 所示。

（二）研究总结

通过上上述计算分析得出，当两栖车辆采用喷水推进方式时具有优异的动力性能，并且该方案配置中高压喷水推进系统的两栖车辆不仅具有噪声小、 推重比大、 效率高、 适应变工况强等优点，更加适宜两栖车辆处于水面作战，具备优良的水上操纵性能才可保证其在水上航行时的安全性、经济性以及战斗力和生命力。

参考文献：

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