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力学家访谈录:潘光教授

来源: 作者: 时间:2023-11-11 

202311109:00,由西安建筑科技大学力学技术研究院(IMT)开展的力学家访谈,在线下成功进行。本期访谈的嘉宾是西北工业大学潘光教授。

访谈掠影

力学家访谈源于对力学家的致敬,希望以访谈的形式请他们分享自己的学术成果、科研心得、新思想,以此激励学生的科学研究激情。采访内容如下:

问:水下螺旋桨在降噪时,更关注低频段的噪声还是高频段的噪声?

答:螺旋桨噪声是水下航行器噪声源重要的组成部分。一般来讲,低频段噪声的重要性高于高频段噪声的重要性,在水声的环境下,低频的噪声传播得更远,包含的能量信息更多,作为螺旋桨推进器,低频段噪声往往比高频段噪声表现的更加突出,我们对低频段噪声的关注度往往也更大,所以,低频段噪声的研究比高频段噪声的研究更重要。

问:前置定子和后置定子的作用是什么?在水动力、空化及噪声上做出的贡献是什么?

答:不同的潜航器包括潜艇的定子类型不一样,前置定子有尾段连接的作用,来流经过前置定子之后,整个流场分布特性得到改善,对于后面的转子来说,流场分布特性的改善,使得水动力、噪声性能都得到了提高,从这个角度来讲,前置定子起到了整流的作用,所以在目前的潜艇中,较多地采用前置定子。而后置定子,可以把前面转子的流动作为进流,进一步地产生推力和力矩,也能提升其水动力性能,但是由于后置定子和前方转子的来流产生了强烈的共振作用,导致整体的流激振动噪声提高。所以,综合来看,前置定子和后置定子的适用条件不一样,前置定子的使用频率较后置定子要高一些。

问:水下航行器螺旋桨设计时,其水动力、空化和噪声性能尤为重要,这三种性能彼此之间是否矛盾?能同时提升么?

答:螺旋桨推进器有三种主要形式,对转螺旋桨、泵喷螺旋桨和导管螺旋桨。对转螺旋桨可以提高水动力性能,但噪声性能较差;而泵喷推进器,由于导管的影响,其水动力性能有所下降,噪声性能有较大的提高。空化性能比较复杂,其影响因素不仅包括使用水深、推进器的结构形式、空化的起始条件等,在大前提条件下,空化一般是不考虑的。空化在深度较低时,会有比较明显的作用。对于对转螺旋桨,空化的影响相对较大,而对于泵喷推进器,空化基本上能得到很好的抑制。泵喷推进器在水动力性能方面相对来说可以得到一定的兼顾,尤其是噪声性能可以得到很大的改善,噪声性能在水下航行器中,是非常重要的一方面。从这个角度来考虑,我们较多地选用泵喷推进器作为主要的推进形式。对转螺旋桨在一些相对低速的情况下,也可以选用。水动力、噪声和空化性能之间,有一定的矛盾关系,要根据实际的需求来进行选型,这也是推进器设计所面临的难题。

问:导管的翼型、长短是否对水动力、空化和噪声三方面性能有影响?

答:导管在泵喷推进器及导管螺旋桨中,都是比较重要的。翼型的形式、拱度分布、厚度都会对水动力和空化性能产生重要的影响。对于拱度来说,如果拱度选择的不合适,对于进场和尾流的影响会非常明显,由于分布的不合理,对于桨叶和推进器会产生激振的影响;由于尾缘拱度选择的不合适,会导致尾流场的能量变化比较复杂及流场分布的不合理。上述这些因素,都会削弱其水动力、噪声和空化性能。在设计当中,导管的长度和厚度的选择,都要经过参数的反复比对和优化,通过这样的过程,才有可能选择最优的导管、桨叶、导管和桨叶的间隙的参数。

问:泵喷推进器和对转螺旋桨在叶片产生推力时有什么不同?

答:叶片旋转时,都会产生推力。早期的对转螺旋桨,前叶片和后叶片的旋转方向和螺旋导向都是相反的,反向旋转产生的也是正向推力。泵喷推进器只有单转子,单转子产生推力,与对转螺旋桨的区别在于对转螺旋桨由于采用了双转子的形式,双转子流场的相互影响会导致整体的水动力效率提升。对转螺旋桨的效率可以超过90%,泵喷推进器推进效率相对较低,一般在80%左右,但由于泵喷推进器较好的噪声和空化性能,会被较多选用。但在水动力性能方面,对转螺旋桨具有较高的推力,适用低速情况。