无人艇集成电机推进器设计及流体动力数值仿真

为了给现有水面无人艇提供可靠和具有经济性的动力来源,设计一种集成电机推进器来替代传统推进器。该推进器采用永磁无刷直流电机设计,是吊舱推进器和导管螺旋桨的集合。分别采用Ansoft Maxwell上的RMxprt模块对电机进行参数化设计,通过移动参考系法(MRF)和滑移网格法(RBM)对集成电机推进器的流场进行仿真。计算结果表明,采用多极数和多槽数电机设计的有桨毂型集成电机推进器具有更低成本和可行性;由于其不存在叶梢间隙,相比于采用相同螺旋桨的导管桨轴向诱导速度偏低,推力和效率不如导管桨。     

基于CFD仿真与水池实验的邮轮吊舱推进器模型敞水特性研究

随着国际邮轮产业发展迅速,基于吊舱推进器良好的性能表现,各类邮轮大多采用吊舱推进器的推进方式。本文根据某豪华邮轮所采用的拖式吊舱推进器,通过特定的优化方法改变其螺旋桨螺距,得到2个不同参数的螺旋桨。通过模型实验和数值仿真方法,计算出原螺旋桨与优化后螺旋桨的敞水效率,有利于降低能耗,提高邮轮运营经济性。本文采用CFD软件Starccm+采用MFR方法,运用标准k-ε方程对2个不同参数的螺旋桨的吊舱推进器模型进行仿真计算,然后对其进行水池实验得出实验下吊舱推进器敞水效率。通过在多组推进速度情况下对比2个配有不同螺旋桨的吊舱推进器的敞水性能曲线寻找优化后螺旋桨的性能提升点。通过对吊舱推进器模型的仿真和实验的预测为实际吊舱推进器螺旋桨设计提供依据。     

吊舱推进器的综合系统分析与设计

在高级防务研究计划署的资助下，ＡｌｌｉｅｄＳｉｇｎａｌ为美国海军研究了水面舰船的吊舱推进器。综合系统分析包括吊舱推进器主要设备的数学模型。模型记录了性能和费用，模型化的设备包括推进器（简单推进器，导管推进器）、轴承、联轴节、齿轮箱电动机和方位系统。     

水下矢量推进器研究综述

本文结合水下潜器和水上船舶的水下矢量推进器,对具有不同矢量推进方式的螺旋桨矢量推进器和喷水矢量推进器进行分类整理和展开描述,概述部分矢量推进器的发展历史,阐明国内外各类不同方式的水下矢量推进器的工作原理及特点,最后总结了水下矢量推进器的发展趋势,对未来水下矢量推进器的设计和应用具有一定的参考价值。     

船舶喷水推进

虽然一些将机械动力应用于船舶推进的最早的尝试用到过某种形式的喷水推进，但是只是近年来船舶喷水推进才开始得到认可并对早期确立的螺旋桨的统治地位提出了挑战。在过去几年里，在世界范围内的喷水推进的运载器的数量和喷水装置制造商的数量两方面都有显著的增长。这些发展似乎是大家公认的理论针锋相对的，长期以来人们普遍认为喷水推进器生来就比螺旋桨效率低。     

高速水面战斗舰艇的推力减额推算

本文研究自由水面对高速战斗舰艇船型的船体一螺旋桨间相关推力减额特性的影响与使用，通过数学模型和一系列数值计算，试图阐明自由水面对船体－螺旋桨相关分量的作用原理。在研究叠模船体与螺旋桨之间以及自由水面波浪中船体与螺旋桨之间的相关作用时，应用了一种用高阶板法解算线性化的自由水面势流的计算程序ＳＷＩＦＴ，螺旋桨用一主动桨盘来模拟，盘的汇强由螺旋桨敝水试验测算的推力负荷系数确定，本船型具有倾斜的螺旋桨轴系     

扭矩平衡式水下机器人推进器研究

某些水下机器人横向尺度较小,往往与其主推螺旋桨直径处于同一量级;螺旋桨旋转所带来的扭矩会使机器人产生明显的横倾;所以,在水下机器人的推进器设计过程中就必须考虑保持机器人的纵向稳定性.该文就此问题提出了一种集成式扭矩平衡推进器,该推进器利用与保护导管相连的后置定子产生反扭矩来平衡螺旋桨旋转产生的扭矩,导管、导管支架、定子与驱动主机集成为一体,推进器整体无扭矩输出,通用性强.此后给出了推进器的理论设计方法及过程,应用面元法理论对所设计推进器进行了水动力性能计算分析.最后讨论了定子各参数对推进器性能的影响.     

波浪推进艇的集成电机推进器设计及航速预报

为了给现有的波浪推进无人艇研制辅助动力装置,对有桨轴型集成电机推进器进行了相关的设计,包括电机设计、水动力性能和桨叶结构强度计算.首先进行电机的设计和螺旋桨的选型,并通过流固耦合方法对集成电机推进器周围的流场和桨叶应力场进行了计算.然后使用Star ccm+重叠网格法计算了水翼抬离水面工况无人艇模型的静水阻力,并与拖曳试验结果进行比较,验证了CFD计算方法的可行性.最后使用体积力法替代螺旋桨的作用,对安装了首固定水平翼和一个集成电机推进器的波浪推进无人艇在静水和迎浪规则波中航行时的航速进行了预报.     

全回转吊舱螺旋桨设计及其水动力性能研究

全回转吊舱推进器作为现代最先进的特种推进设备之一,近几年来其整体的水动力性能研究一直备受行业热点关注,但是针对吊舱螺旋桨设计的研究却相对较少,由于吊舱的独特结构形式,螺旋桨、舱体、吊柱等结构相互影响,因此螺旋桨设计方法和常规推进器的设计有着较大的差别,本文使用数值升力面的理论设计方法结合CFD计算方法,探索出吊舱螺旋桨水动力变化规律,分析吊舱结构对螺旋桨的水动力性能影响,为吊舱推进器的螺旋桨设计提供了一种可靠的方法。     

喷水推进器与螺旋桨和主机匹配特性之比较

本文概括了喷水推进器与固定螺矩螺旋桨吸收主机功率方面的主要不同之处，这些不同点对于操作人员、主机选型和主机都有影响。本文涉及以下范围的内容：功率与转速之间的固定关系，这意味着喷水推进器和作为主机功率计，而与转速与船速相关的螺旋浆则不同；功率吸收偏离匹配点的差别和喷水推进器不会使主机过载的实际情况，及这些对于操作员和主机的意义；主机转还与船速的比较，喷水推进和螺旋浆可获得的推进功率与船速的关系；船超     

向大侧斜螺旋桨发起的挑战——船舶螺旋桨“空毂降阻”、“含水推进”理论及其应用

从19世纪中叶以后，船舶螺旋桨得到广泛应用到现在，在这一历史时期里各国的科学家和工程师为了民用或军用船舶的各种需要对螺旋桨进行了深入的研究和积极的改进，使其各种性能更趋合理和完美。虽然在这期间，尤其是近几十年来各国也研究发展应用了一些特种推进器（如：节能风帆、喷水推进器等）。     

无轴轮缘推进器电机与水力部件耦合优化设计研究

针对目前无轴推进器电机与水力部件设计时多未考虑两者耦合的问题,本文提出两者耦合的优化设计方法.采用多参数非线性优化方法,基于电机和导管螺旋桨设计理论公式,并考虑无轴推进器电机转子的直径等同于螺旋桨内径加上叶梢间隙,以及螺旋桨输出转矩加上间隙的摩擦转矩值作为电机输入转矩的关系,建立了一种新型优化设计模型,通过优化方法进行迭代分析,利用5.5 kW无轴推进器进行方法验证.研究结果表明,所提出的优化方法有效地考虑了无轴推进器电机与水力部件的耦合关系,可对推进器效率进行综合优化.     

空泡水洞中拖式吊舱推进器脉动压力测量及空泡观测

针对吊舱推进器的关键技术,开展拖式吊舱推进器空泡性能和脉动压力的试验研究。试验在海军工程大学空泡水洞实验室进行,观察吊舱推进器桨模在不同工况下空泡发展和变化情况,并用人工观察方式进行整理记录,同时通过螺旋桨正上方区域安装的脉动压力传感器测量脉动压力。对试验结果进行分析,探讨拖式吊舱推进器不同工况下脉动压力和空泡性能的特点和规律及其对水动力性能的影响,为吊舱推进器性能研究及设计提供参考。     

船用直翼推进器研究

主要介绍了船用直翼推进器的基本原理,分析了桨叶摆动曲线对水动力的影响并提出了改善其推进性能的方法,最后将直翼推进器与螺旋桨推进器的优缺点进行了定性比较。     

复合材料推进器

结合各种复合材料特点，介绍复合材料用于船舶螺旋桨及推进轴系的技术性能特点以及国外复合材料推进器研究和应用进展。     

浅谈选用螺旋桨时应考虑的主要参数

船舶在水中航行时遭受到阻力,为保持一定的航速,必须供给船舶一定的推力以克服它所受到的阻力,推力是来自船上专门设置的一种设备,此设备称为推进器,推进器运转时必须消耗能量,所消耗的能量由船舶动力装置供给,所以推进器的作用是将船舶动力装置所提供的能量转化成克服水阻力、推船前进的推进功率,推进器的种类很多,有风帆、明轮、喷水推进器、z型推进器、直叶推进器及螺旋桨等。由于螺旋桨构造简单,重量较轻,效率也较高,因而被绝大多数船舶所采用。螺旋桨和船体、主机在船舶航行中构成了一个统一的“联动机”,由主机供给能量,使螺旋桨旋转…     

基于康达效应的水下机器人矢量推进器设计与性能评价

因水下环境复杂，搭载于机器人外部的螺旋桨式或喷水电机式矢量推进器常会面临被水下杂物缠绕失去动力的潜在风险。本文提出一款基于康达效应的矢量推进器，其利用最少驱动单元即可实现动力在四个方向上的矢量输出，从而保障搭载该推进器的机器人在水下可实现包括直行、转弯、上升、下潜在内的多自由度运动；通过ANSYS流体仿真，验证利用康达效应设计矢量推进器的有效性；同时结合水下运动机动性需求，搭建一款基于该推进器的水下机器人样机，并展示样机运动姿态与推进器工作方式的关系；最终通过设计测力/转矩实验装置，评估矢量推进器在各方向的动力输出特性。实验结果可用于辅助机器人后续实现精准而高效的水下运动控制任务。     

全回转推进器螺旋桨桨叶结构强度评估方法

为了解决全回转推进器螺旋桨的单向流固耦合问题,实现螺旋桨桨叶结构强度精确评估,文章基于计算流体力学和有限元法开展了螺旋桨桨叶的结构强度计算方法研究,重点探讨了桨叶表面随机分布压力从流体域到固体域的转换技术。在此基础上,文中提出了桨叶固液交界面上水动力载荷的转换方法,详细研究了插值加权系数和有限元网格尺寸对桨叶结构强度计算精度的影响规律,给出了适用于桨叶强度评估的插值加权系数和单元网格尺寸选取原则。最后,该文以5000 kW级全回转推进器螺旋桨为例,开展了桨叶结构强度数值计算和安全评估,获得了桨叶的应力和变形分布规律,整体上建立了全回转推进器螺旋桨桨叶结构强度评估方法,可为大功率全回转推进器螺旋桨设计提供借鉴和参考。     

吊舱式电力推进船舶螺旋桨匹配设计仿真研究

在国内,吊舱推进器的设计还处于理论起步阶段,尤其是吊舱推进器螺旋桨,其设计方法尚未成熟,而螺旋桨的设计对于整个推进系统推进性能的影响又尤为关键,关系到船—机—桨匹配的综合推进性能。为此,采用常规螺旋桨敞水特性图谱等效设计POD螺旋桨参数的方法对吊舱推进器螺旋桨进行设计,分析吊舱式推进船舶船—机—桨的匹配性能。为了提高设计效率及优化推进系统的推进性能,针对吊舱式电力推进船舶,采用常规螺旋桨等效设计方法设计POD螺旋桨参数,同时基于LabVIEW图形化编程语言开发船—机—桨匹配数值分析软件以对设计参数进行静态匹配计算,并与母船的推进效率进行对比,选取最优化的螺旋桨参数作为POD螺旋桨参数,以优化推进效率。研究结果表明：采用常规螺旋桨等效设计方法设计POD螺旋桨参数的方案,同时结合开发的船—机—桨匹配数值仿真分析平台,可以方便、快捷地对吊舱式推进船舶进行船—机—桨匹配分析计算比较,提高推进性能。     

轮缘推进器外形对水动力性能影响分析

轮缘推进器将电机与螺旋桨一体化设计,具有较高的应用前景。本文以NO.19A+Ka4-70导管螺旋桨为基础,将仿真值与试验值进行比较,各项参数的最大偏差均在5%以内,吻合较好,并构造反厚度规律的桨叶。基于STAR-CCM+仿真软件对轮缘推进器进行水动力性能的数值计算,采用SST k-ω湍流模型进行计算,对比分析轮缘推进器的外形、导管种类、桨毂、轮缘宽度对于推进器水动力性能的影响。