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标  题: 船舶喷水推进技术发展
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标  题: 船舶喷水推进技术发展(转载)
发信站: 北大未名站 (2003年05月22日18:32:41 星期四), 转信

 
 
 技术发展概况
    在船舶喷水推进技术诞生的340年历程中，按时间顺序，大致经历了液泵式喷
水推进、间歇式喷水推进、底板式喷水推进、尾板式喷水推进和舷外喷水推进5个
阶段。从目前在船舶上的应用情况看，尾板式喷水推进已成为喷水推进的首选型式
。
    与螺旋桨/轴系这一传统的推进方式相比，喷水推进具有推进效率高、抗空泡
性强、操纵性好、传动轴系简单、运行噪声低、变工况范围广和利于环保等优点。

    与任何新生事物都有一个产生、发展和壮大的过程一样，喷水推进在20世纪
50年代仅试用于一些小型低速内河船；60年代开始在部分高性能船如气垫船、水翼
船上采用；70年代是船舶喷水推进装置的发展期，由于国际上一些知名的推进器专
业制造商，如Lips、Kamewa公司先后加入这一新兴市场，竞相投入科研力量和资金
开发这一前景诱人的产品，使船舶喷水推进在技术上更为成熟。喷水推进装置已进
入军船领域，同时也在商船方面被大量采用。80-90年代末，则是喷水推进装置的
黄金时代，许多高速渡船和商船采用喷水推进装置。而喷水推进在这些大型高速船
上，也表现出其在高航速下得天独厚的优势。
    与早期配备在Dowty Turbcarft运动艇上的喷水推进装置相比，当代的船舶喷
水推进装置的推进效率已明显提高。现在单级喷水推进器设计所提供的卓越工况性
能和抗空泡性，远优于早期的多级泵式设计，特别是进水口处的设计导致更有效的
进水导管的发展。
    计算机技术的进步使喷水推进器性能有了很大的改进。勿庸置言，喷水推进器
没有一套有效的控制系统就无法实现操纵性的提高。喷水推进器上的计算机多点控
制的引入使其安装在迄今最大的高速渡船上，仅以一个操舵动作就能加以有效的控
制。
    在喷水推进器推广应用过程中，曾不断受到船东批评的喷水推进器的部件质量
、坚固性和耐用性等问题，由于新型复合材料的应用而得到很大改善。过去曾产生
问题的不同金属材料间的电气绝缘和有效的接地屏蔽，在一些新型喷水推进器中已
不再成为问题。
    今天，由于技术的不断完善，喷水推进器的成本已大大低于水下推进器系统，
特别是在每年运行时间很多的船舶上。此外，由于喷水推进器能很适合地与船体设
计匹配安装在船体内，因而避免水下螺旋桨容易产生碰损的危险。在日常维护和保
养方面，喷水推进器仅限于检查支座的润滑油情况、液压动力装置和检查阳极消耗
情况，喷水推进器的保养是较为简易的。
    喷水推进器的另一优点是浅吃水航行，也因此带来在沙砾较多水域碎石和沙砾
吸入系统的风险。英国VT公司的Mk5 LCVP登陆艇需采用喷水推进器来达到合同要求
的高航速，而登陆艇登滩则使碎石和沙砾常会吸入喷水推进器。VT公司增加了一个
大的尾鳍和增大尾部浮力减少碎石吸入现象，改进了进水口的防护栅的设计使碎石
效应达到最小化。同时选用经淬火的不锈钢叶轮和在非转动部分采用先进的复合材
料，使VT公司的Vospower系列喷水推进器的可靠性达到了军方接受水平。选用复合
材料的优点还包括减轻系统重量、抗盐水腐蚀以及进水导管能适宜复杂船体的设计
要求。

主要制造商的研制进展情况
    喷水推进装置在技术方面所取得的这些进展，主要得益于世界各主要喷水推进
器专业制造商数十年来的不懈努力。目前，各个主要制造商在不同类型、不同规格
的喷水推进器的研制发展上，都取得了各具特色的进步。
新西兰Hamilton公司
    作为喷水推进技术和推广应用方面的先锋，新西兰的Hamilton公司称至今已有
20000套喷水推进装置安装在各型船舶上。该公司的HJ、HM和HS系列喷水推进装置
设计输出功率范围为100-3000kW。
    其212型为该公司最小、最轻型和最经济的喷水推进装置，有5种叶轮可供选择
，提供的最大输出功率为260kW。公司称安装在小型船舶上的最大航速可超过25kn
。
    新近开发的较大型为321型，其特点是紧凑型集成式设计。321型混流式叶轮直
径为320mm，最大输出功率480kW，并专门考虑了高速滑行巡逻艇主机/喷水推进装
置成组布置的方式。另一种更大型的喷水推进装置是391型，叶轮直径390mm，最大
输出功率790kW。
除了这些型号上的多样化以满足船东的不同需要外，Hamilton公司在1999年国际高
速渡船会议上宣读的论文中还介绍了一种控制大功率喷水推进装置的模块化电子控
制方案。
喷水推进器控制系统不仅仅必须操控变流装置和倒车导管，并且还必须与主机、齿
轮箱、自动驾驶仪和独立的监视系统各方面接口。而这些要求迄今已在该公司生产
的喷水推进器上由公司定制的复杂的控制系统得到满足。
    Hamilton公司的电子控制系统不但为喷水推进器控制提供了标准解决方案，而
且还为满足某些船东的特殊要求提供了由软件驱动的高水平专用控制模块。
Hamilton公司的电子控制系统在较少操纵人员情况下提供了高水平的控制精确性，
并且具有支持提供操纵性和监控性在系统内建立智能响应的能力以及船上各个喷水
推进器间的同步一致性。
模块化概念的优点还包括简化了制造工作，使制造的规模经济化从而降低了成本。
因为所有的智能模块都采用标准电路板，安装时间减少。其不利之处是软件的模块
化设计远比定制设计系统复杂得多。
    第1个模块化系统已安装在一艘巡逻艇上，并取得了令人满意的成果，并按英
国劳氏船级社要求完成了评估试验。
瑞典Kamewa公司
    自1980年进入喷水推进装置市场以来，瑞典的Kamewa公司作为大型喷水推进装
置市场的领头羊，现正联合该国的Volvo Penta公司一起试图在小功率喷水推进装
置市场夺取更多的业务，正在建立输出功率150-600kW范围全集成式喷水推进装置
体系。这两家公司的合资企业APS公司推出的混流式喷水推进装置和控制系统具有
高航速下的高效率和令人满意的操纵性。
    Kamewa公司的混流式喷水推进器增设一减速齿轮箱，以保证船运行中空转时的
安全性，并能使逆向水流更容易冲刷出进水口的障碍物。目前已收到日本海上自卫
队、法国救助组织和荷兰渔船公司的订单。
    与此同时，Kamewa公司向意大利芬坎蒂尼公司交付了用于船长146米 MDV 
3000型世界最大的单体渡船Jupiter的4台大型喷水推进器，总输出功率为68000kW
。该船采用MTU/GE柴燃联动推进主机与4台180型喷水推进器相连，其中2台用于推
进，2台用于操纵。Quadruple-180型喷水推进器是目前在运行中喷水推进器输出功
率最大的，吸收GE LM2500燃气轮机20800kW功率作起动用。
而Quadruple-160型喷水推进器则安装在Finnyard船厂建造的Stena Explorer 号双
体渡船上。
Kamawa公司管理层在年度报告中称，过去10年该公司的喷水推进装置销售年增长率
为15%。目前，该公司又在瑞典的Gustavsvik投资2000万美元建造新厂。
荷兰Lips Jet公司
    Lips Jet公司于1975年开始喷水推进装置的开发工作，目前能提供适合任何功
率要求的各型喷水推进装置，包括16个基本型号，其喷水推进器的吸水口直径从
390mm到1.61m，均已达到最优化，具有优异的推进性能和空泡工况。
    Lips Jet公司还为燃气轮机开发了大功率的喷水推进装置，叶轮直径超过3m。
其中通用电气公司的LM 1600型燃气轮机驱动的LJ180喷水推进装置叶轮直径为1.
8m，GE LM2500 燃气轮机驱动的LJ200、LJ220叶轮直径分别为2m和2.2m。
    澳大利亚Incat Tasmania公司的24艘穿浪型高速车客渡船也安装了Lips喷水推
进装置。去年安装在3艘91m穿浪型高速渡船上的LJ145D型喷水推进装置单机功率达
7200kW。
日本川崎公司（Kawasuki）
    1987年进入喷水推进装置市场的日本川崎公司由于受到国内繁荣的高速渡船和
高速货船市场的剌激，开发设计的KPT-A系列单级轴流式喷水推进装置输出功率已
从500kW扩大到20000kW。
此外，值得一提的是日本三菱重工安装在日本集中了国内主要造船研究力量而开发
的TSL-A气垫高速货船实尺度比例模型船上的2台MWJ-17000M型喷水推进装置，该船
获得了54kn的高航速，每台由1台13100kW燃气轮机驱动，叶轮直径为1.64m，转速
545转/分。
其他公司
    英国Ultra Dynamics公司在专为军船设计制造了15000台喷水推进装置后，现
已将目标定位在高速渡船、工程船和刚性充气艇上用的喷水推进装置。
    在美国，Kodiak公司、American Jet公司和American Turbine公司也是喷水推
进装置市场较重要的角色。其中，American Turbine公司与Hamilton公司、
Berkeley公司共同致力于小型高性能内河船、休闲艇和赛艇用小型喷水推进装置的
研制开发。
    在中国，位于上海的708所（MARIC）是国内喷水推进技术研究开发的重要骨干
力量。该院设专门研究部门从事喷水推进开发的研究，开发的新型喷水推进组合体
曾获尤里卡世界创造发明博览会银奖，受到国外造船界的关注，并成功地将此项技
术应用于出口的1500m3耙吸式挖泥船上。

喷水推进器存在的问题和技术改进措施
    在性能和可靠性方面的技术进步使喷水推进器比传统的螺旋桨推进方式更优越
。现代喷水推进器推进的船舶在航态控制方面的进步与螺旋桨推进的船舶的差别是
明显的。喷水推进所提供的快捷的加速性、高航速、浅吃水航行、无可比拟的操纵
性和舒适安静的航程这些方面的优势，使喷水推进器成为高速船（渡船、工作船、
巡逻艇和游艇）的主要推进手段。但是，目前还处于日臻完善过程中的船用喷水推
进器也存在一些尚未克服的缺点。
    喷水推进装置进水口所损失的功率约占主机总功率的7-9%，各国流体力学方面
的专家们正在努力探索解决这一问题的有效方法。
    近年来，有关喷水推进器进水口问题的多篇论文中，集中研究了沿滑道和边缘
进水口的压力分布的情况。结论是进水口设计的原则为流场必须尽可能均匀，避免
空泡和水流分离，才能使损失保持在最低限度。M.Forde, N.Kubbeerad 和G.T.
Seil等研究人员认为，在3种船速情况下进水口曲25度后，在水平导管的部分端部
有一个不均匀流场。试验结果表明，在较高船速情况下，叶轮表面的这种不均匀性
消失。
    喷水推进装置另一个缺点是船在转弯时其推力会丧失。Lips公司采用一个由船
上操舵员控制的单片水平操舵变流装置来引导水流喷向左舷或右舷，以此来获得最
大转弯力。
作为喷水推进装置三大缺点的最后一个是缺乏一套操作灵敏、水动力学性能优良的
倒车装置。Hamilton公司采用一通常由液压驱动的分隔式双瓣导管倒车变流装置在
船下改变水流方向，使船得到强有力的向后推力，随后控制系统允许可倒车变流装
置在保持全操舵力时置于零速度位置。
    此外，据报道，瑞典的MJP公司介绍了一种新的推进泵设计，能提供在更低的
空泡性能情况下更大推力，该推进泵亦可被非典型设计的喷水推进器采用。

    笔者相信，随着在20世纪90年代发展起来的电力驱动吊舱推进器技术的不断完
善，未来喷水推进器、电力驱动吊舱推进器、螺旋桨/轴系推进方式将各自拥有其
相对固定的市场，从而呈现三雄天下的局面  



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