噴水推進系統（WaterjetPropulsion）是一種新型的船用推進系統，由於其核心工作部件同葉片泵的葉輪基本一致，因此也稱為噴水推進泵或者泵噴水推進器。
基本介紹
- 中文名：噴水推進系統
- 外文名：WaterjetPropulsion
介紹
隨著20世紀後期TSL（Techno Super Liner）船、SES（SurfaceEffect Ship）船、水翼艇以及高速渡輪等高性能船舶為代表的水上輸運高速化的發展，由於噴水推進系統優越的抗空泡特性等水力性能以及結構特性的優勢（機動性和操縱性好、適合淺水航行、振動噪聲小、水聲信號低、高航速時效率高、抗空泡能力強等）使其適用及需求範圍越來越廣，發展勢頭迅猛。我國當前正處於從以傳統船舶工業為基礎的造船大國到以新型船舶工業為基礎的造船強國轉變的機遇期，因此對泵噴水推進器的深入研究是我國造船工業發展戰略的一個核心課題。
自1661年英國人發明噴水推進裝置以來，船舶噴水推進技術已有350多年的歷史，但在20世紀80年代以前，只是在個別水翼艇、滑行艇等內河淺水船舶或者水陸兩用戰車上採用。按時間順序，噴水推進技術大致經歷了液泵噴水推進、間歇噴水推進、底板式噴水推進、艉板式噴水推進和舷外噴水推進5個階段。從在船舶上的套用情況看，艉板式噴水推進已成為噴水推進的首選形式。
雖然噴水推進和螺旋槳推進的歷史同樣長久，但是噴水推進技術的發展相當緩慢，直到近年來才得到一定的推廣套用。造成這種狀況的原因很多，主要是下述這3個關鍵問題還沒有得到有效解決，即高推進效率實現，轉彎力保證以及倒車裝置控制。噴水推進的系統總效率取決於兩個方面：一是水泵效率，一是系統效率。二者都與推進水泵的噴速比有關。要取得噴水推進的高效率，關鍵在於取得推進水泵效率和系統效率的最佳綜合效果。對提高噴水推進效率的研究重點放在系統總效率最佳化、推進水泵的研究及製造、減小進水管道損失等三個方面。噴水推進的另一個關鍵技術是保證船在轉彎時其推力不會喪失。可以通過單片水平操舵變流裝置來引導水流噴向左舷或右舷，以此獲得最大轉彎力。噴水推進的第三個關鍵技術是配備操作靈活、水動力性能優良的倒車裝置。通常採用由液壓驅動的分隔式雙瓣導管倒車變流裝置在船下改變水流方向，使船得到強有力的向後推力，隨後控制系統允許可倒車變流裝置在保持全舵力時置於零速度位置。這裡主要以艉板式噴水推進系統為例介紹。
圖1 典型艉板式泵噴水推進器示意圖
圖1所示為典型艉板式噴水推進器系統。從噴水推進器系統的功率和效率需求、艦船布置的需要以及傳動機構的合理、方便、可靠等因素出發，通常選用軸流式葉輪或斜流式葉輪，特殊情況下也會採用離心式葉輪。噴水推進器系統不是像螺旋槳那樣直接產生推力，而是利用其噴出水流的反作用力推動船舶前進。
噴水推進器系統的推力計算基本方程式為
T=ρQ（Cj-Cm）=ρQCm(a-1) (1)
式中， T為軸向推力，ρ 為流體密度， Q為體積流量，Cj 為噴嘴出口處射流速度， Cm為吸入管路平均速度， a=Cj/Cm為射流速度比。不過在實際運行中，由於有能量損失的存在，水流的動量並不會全部轉化為推進船舶前進的推力，因此根據方程(1)得到的泵噴水推進器的推力與實際值有差距。
2.葉輪的形式
如前所述，高性能船用噴水推進系統的核心部件是葉輪，根據具體的航速和吃水深度的要求，葉輪的形式也不同。葉輪的主要形式如圖冊2所示。
葉輪的水力設計與葉輪的水力性能係數流量、揚程、轉速和比轉速有關。葉輪的設計有專門的葉片泵文獻（Stepanoff, A. J., 1957,Centrifugal and Axial flow Pumps, John Wiley & Sons, New York; Pfleiderer, C., 1961, Die Kreiselpumpenfür Flüssigkeiten und Gase, 5. Aufl. Springer, Berlin, Göttingen, Heidelberg; Gülich, J.F., 2008, Centrifugal Pumps, Springer-Verlag Berlin Heidelberg）可以參考。
3.現代研究進展
針對高推進效率實現、轉彎力保證和倒車裝置控制這3個關鍵問題，研究主要是對作用在葉輪上的推力、噴水推進系統動量差所形成的推力（根據前述公式(1)計算，也稱為毛推力）、考慮船舶尾跡以及船舶/噴水推進系統相互作用的推力（淨推力）這三種推力的相互聯繫及其機理進行研究分析，以獲取儘可能高效、穩定、易操作控制的噴水推進系統設計、運行和匹配維護等技術支持。
