SSLW（X）项目的潜器长约35 m，排水量约为1 000 t，设计航速为12 kn，额定轴功率为746 kW，续航力为500 nm。本设计的潜器长37 m，设计航速为12 kn，额定功率为600 kW，经验公式预估裸体阻力约20 kN，因布放线阵需要，总的需求推力应不低于48 kN，相当于推进器应克服约2.4倍的裸体阻力，并且考核航速为6 kn时总的需求推力应不低于12 kN（其中裸体阻力约为5 kN）。最终考核指标如下：泵喷满足快速性要求且推力效率不低于0.5，潜深为30 m时全航速范围内无空化产生，轴向非定常力尽可能小且辐射噪声尽可能低。
初始潜器几何外形如图7.1所示，为便于双轴推进器布置，平行中体后方的尾段不仅没有表现出水滴型潜艇尾部收缩的型线，反而略呈扩张分布；尾端两侧喷口部位型线急剧收缩，直接约束了泵喷喷口直径的选取。从泵喷几何尺度的角度考虑，潜器尾部的局部线型允许修改。
图7.1 潜器初始几何外形
为了尽可能保证计算精度，整个计算域均采用全六面体结构化网格离散，网格最小正则度大于0.3，甚至更高。潜器壁面网格以及局部网格细节如图7.2所示，头部及尾端面均采用O形网格拓扑进行局部加密，以尽可能真实描述潜器尾部涡量场分布，其网格节点总数约为618万个。
图7.2 潜器壁面结构化网格离散
RANS模拟得到潜器壁面Y+分布和压力分布如图7.3所示，可知壁面最大Y+值满足小于300的湍流模型使用要求；潜器首部曲率变化较为平缓，无低压聚集区出现；潜器尾部喷口急剧收缩部位有明显的低压区，但尚未达到汽化压力，从单相流计算结果来看设计航速下潜器表面无空化产生。此时，潜器尾部伴流区的涡量场分布如图7.4所示，可见大尺度涡集聚明显，特别是两侧喷口与中间尾锥体之间的过渡区衍生涡明显。显然，该尾部型线对外置式尾轴推进器进流是不利的，无论采用单轴推进还是两侧双轴推进均是如此。若坚持采用外置双轴推进方案，则尾部型线建议进行匹配性修改。
图7.3 设计航速下潜器壁面Y＋值分布和压力分布
（a）Y+分布；（b）压力分布
图7.4 设计航速下潜器尾部涡量场分布(www.xing528.com)
分别采用SST湍流模型和RNG k-ε模型计算得到的设计航速下潜器阻力如表7.1所示，计算时潜器壁面未考虑粗糙度影响。RNG k-ε湍流模型计算得到总阻力为20.03 kN，与经验公式预估值极为接近，但摩擦阻力系数较ITTC-57经验公式计算值偏小约10%；SST湍流模型计算总阻力为23.16 kN，较预估值更大，同时摩擦阻力系数也比ITTC-57经验公式值偏大约9%。考虑到由模型尺度阻力系数试验值换算到实尺阻力时，需要考虑粗糙度补贴系数影响，从设计安全的角度来看，将阻力需求值确定为23 kN更为合适。因此，结合设计指标要求，进行泵喷叶栅通道选型设计时，将设计航速12 kn状态下单泵推力需求设定为26 kN、功率不大于300 kW较为适宜且留有一定的安全余量。
表7.1 航速为12 kn时潜器裸体阻力
需要说明的是，当泵喷采用内置式结构布置后，除泵喷本身的结构部件外，还需完成进水流道和出水流道的设计。流道嵌入后，潜器阻力会发生改变，理想结果是潜器阻力增量尽可能小甚至是直接减小。因此，在流道设计好之前，将总的推力需求明确为在克服潜器阻力的基础上留有一定安全余量也是必要的。鉴于内置式泵喷尚未见到应用报道，流道设计只能从相近或相关的水下结构应用中找到设计参照，以尽可能减小技术风险。所能检索到的潜器尾部包含流道结构的典型布置有两种，一种称为主动引流式，流道轴向长度尽可能短，流道作用主要集中于保证体积流量，管道内进流仍然保持船体边界层速度分布特征；另一种称为被动引流式，流道作用不仅在于保证体积流量，而且通过其轴向长度、径向高度、倾角以及直管段的配合使管道内出流的不均匀程度尽可能小，甚至趋向于均匀流场分布，可完全等同于安装于船体内部的喷泵进水流道，如图7.5所示。从定性上看，被动引流式进水流道更加适应于泵喷降噪需求，后续设计主要参照该结构布局。
图7.5 潜器尾部典型流道结构
（a）主动引流式流道；（b）被动引流式流道
单泵全局输入参数为推力26 kN，功率300 kW，转子直径不大于920 mm，转速尽可能低。依据第2章所述的泵推系统方案“六步法”选型设计方法，在计算得到多个喷速比条件下泵喷水力参数后，可以进行综合择优，使其既满足高效，又具有较好的抗空化性能。而低噪声这一设计要求，在选型设计过程中仅能间接考虑，包括提高泵喷效率、减小二次流动损失、尽量减小直径和降低转速，以控制低频离散线谱噪声大小。
初始假定泵喷导管为零推力导管，则泵喷轴向推力完全由转子叶片提供，选型设计得到的不同喷速比下水力参数如表7.2所示。结合潜器外形的几何参数限制，可知喷速比的倒数（喷口速度与航速的比值）高于1.55时能够满足要求。因进流品质以及无轴泵喷内部的气隙逆向流动均会减小流量，可适当增加转速来提高推力以保证快速性设计目标。故最终水力参数确定如下：流量为5.8 m3/s，转速为320 r/min，功率为280 kW，留有一定的功率裕度以应对流量减小带来的工作点偏移对泵喷推进性能的影响。
表7.2 无轴泵喷叶栅通道水力参数选型设计
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