无轴轮缘推进器内螺旋桨设计及性能仿真开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

船舶航行在静水或者波浪中时，需要推力来克服流体带来的阻力，使其能够向前方航行。在船上装有专门的装置把能源发出的功率转换为船舶前进所需要的功率，这种装置或机构就是推进器。目前使用最广泛的一种推进器是船舶螺旋桨，螺旋桨性能的优劣在整个船舶设计中有着举重轻重的地位。

近年来，随着海军国防建设需要和水上贸易的发展，船舶推进装置性能的要求越来越高，传统的轴驱式推进器的劣势逐渐被凸显，已经无法更好地满足工作要求。例如传统轴驱式推进器部件多、结构复杂、船舱占用空间大、能量损耗大，振动和噪声控制困难、建造和维护成本高等，这些缺陷导致人们逐渐将目光转向更加先进的无轴推进系统。无轴推进系统是指无需穿透船体的推进装置，其在全电力推进系统的基础上进行创新，采用有别于电力推进系统的结构设计，避免了吊舱式、全回转式等电力推进系统存在的结构复杂、轴系占用空间大、传输效率低、易发故障多等缺点，结合轮缘驱动技术，设计出无轴轮缘驱动推进器。无轴轮缘驱动推进器将电机和推进器进行集成，其一体化设计制造思路是一种革命性的创新，与传统轴系推进器相比，吊舱式无轴轮缘推进器极大的解放了船舱空间，取消了传动轴、联轴器、齿轮箱和尾轴密封，减小了摩擦副，结构紧凑、体积小、重量轻、装拆方便，在提高推进效率、降低燃油成本和减少船舶振动和噪音等多方面，都表现出十分明显的效果。这种技术对潜艇设计也具有革命性影响，在减少潜艇体积和成本、降低噪音水平上有着不可估量的意义；而且它对于对舒适性要求高的游轮和巡航船等船舶也非常具有吸引力。由于采用水润滑轴承，避免了润滑油泄漏污染的风险，这在现今对环保需求越来越高的船舶运营条件下必然会受到更多的关注。该无轴轮缘推进器不仅适用于新船，而且均可用于现有船改造。与传统轴系推进器相比，无轴轮缘推进器虽然在电机和轴承研制成本会有所增加，但节省船舱空间和维护成本，以及显著降低船舶噪声、节油等综合效益作用下，具有较优的经济性。

但是，传统螺旋桨为外螺旋桨，叶根固定在桨毂上，然后从桨毂向外伸出；而无轴推进器螺旋桨的外径端与转子固连，然后从转子内壁向内伸出，内径端无桨毂，是一种新型的内螺旋桨。此种叶片几何上的改变对于推进器或发电机的流场与机构部分的优点有下列几项：1. 性能：在于力量负荷于叶片上的位置（即环流分布）可以调整、重新设计，以避免发生空化（cavitation）等问题，同时也可以减少叶片震动与噪音的问题。2. 耐用性：由于减少了支撑中心轴的支架，同时原本中心轴占据空间空出成为水流通过的空间，也因而增加了杂物可以流过的空间，故可以减少杂物之绞缠与故障。3. 基于同样的理由，在环保生态方面有可能减少对自然生物（鱼类）的危害，增加鱼类万一被吸入后的生存机率，是对环境比较友善的流体机械。但目前该螺旋桨设计方法尚未形成。因此研究内螺旋桨设计方法和性能规律对保持和提高推进器水动力学性能非常重要。2、国内外研究现状

2. 研究的基本内容与方案

无轴轮缘推进器是一种先进的新型电力推进器，它采用螺旋桨—电机一体化设计思想，将螺旋桨桨叶与电机转子相连，将电机定子嵌入到导管中，通电后，电机转子带动螺旋桨旋转，产生推力作用在转子两端的轴承上，最后传递到船体上推进其前进。它具有解放机舱空间、高效节能和减振降噪等显著优点。传统螺旋桨为外螺旋桨，叶根固定在桨毂上，然后从桨毂向外伸出；而无轴推进器螺旋桨的外径端与转子固连，然后从转子内壁向内伸出，内径端无桨毂，是一种新型的内螺旋桨，但目前该螺旋桨设计方法尚未形成。因此研究内螺旋桨设计方法和性能规律对保持和提高推进器水动力学性能非常重要。为此，本课题主要内容如下：

1、无轴推进器内螺旋桨安装和工作特点分析

2、无轴推进器内螺旋桨结构设计及建模

3. 研究计划与安排

1.2016年02月16日--03月02日：调研，拟定提纲，完成《开题报告》；

2.2016年03月03日--03月15日：分析内螺旋桨安装和工作特点；

3.2016年03月15日--03月25日：熟悉计算流体力学软件使用的基本流程；

4. 参考文献（12篇以上）

[1][1] 李士宗.环驱式推进器设计与流程特性[d].台南：台湾国立成功大学，2006.

[2] 汪勇,李庆. 新型集成电机推进器设计研究[j]. 中国舰船研究,2011,01:82-85.

[3] 郑珂. 集成电机推进器构型及特点分析[j]. 舰船科学技术,2011,06:96-98.