水陆两栖车矢量喷口装置设计与仿真

• 作者: 汪泰霖 王野 张富毅 陈慧岩 王国玉
• 来源期刊: 兵工学报
• 学科: 工学
• 关键词: 水陆两栖车 喷水推进 矢量喷口 操纵性 耐波性 计算流体力学仿真
• 年，卷（期）: 2022,（4）
• 页码范围: 826-850
• 页数: 25页
• 分类号: TJ811+.6
• 语种: 中文
• DOI: 10.12382/bgxb.2020.0739

摘要

为提高水陆两栖车水上航行时的操纵性与稳定性,提出一种新型矢量喷口装置.喷口装置有俯仰与旋转两个运动自由度,可以控制喷水推进器喷射水流的方向,生成方向可控的三维矢量推力.根据水陆两栖车喷水推进理论,完成满足某型轮式两栖车航行动力需求与平台约束的喷水泵基本参数设计.依据计算的水泵出口直径完成与喷水泵一体化的矢量喷口结构与控制方案设计.对设计的矢量喷水推进器,利用Fluent软件计算其在不同航速、转速、俯仰角和旋转角下的推力矢量.对比分析了非矢量推进两栖车、单矢量推进两栖车和双矢量推进两栖车的操纵机理.分析矢量推进器对两栖车耐波性的影响,建立了两栖车耐波性动力学方程与矢量推进器横纵摇力矩方程,进而提出矢量推进两栖车横纵摇稳定控制策略.仿真结果表明:总推力随着俯仰角度变化较小,轴向推力随着俯仰角度增大而减小,俯仰推力(偏航推力)随着俯仰角度增大而增大.对比分析发现相比于非矢量推进两栖车,矢量推进两栖车在横向平移、斜向平移、原地转向以及推进器效率方面具有明显优势.设计的矢量喷水推进器产生的推力不仅可以为水陆两栖车提供纵向驱动力,还可以产生横向力、横摆以及纵倾力矩,为提高未来无人两栖平台航行的操纵性与稳定性提供新方案.