关键词:
无轴轮缘推进器
计算流体力学
水动力性能
机电一体化
高速无人艇
摘要:
近年来,随着各国海上贸易的迅速发展,传统螺旋桨推进方式暴露出难维修、效率低等问题,人们将目光转向新型推进器——无轴轮缘推进器(shaft-less rim-driven thruster,RDT)。RDT具有占用空间少,轴系建造费用低,安装位置灵活,重量轻和体积小等优点。本文研究桨叶数和导管几何参数对RDT水动力性能的影响,根据影响规律一体化设计RDT。通过设计的测试台架对RDT进行实验分析,RDT和无人艇进行结合,形成一种高速无人艇。通过计算流体力学对导管桨进行数值计算,验证数值计算方法的可行性。当RDT具有一定的盘面比和螺距比时,对RDT建模和数值研究。结果表明,在一定的进速系数下,RDT的推力系数和扭矩系数随桨叶数的增加而增加,效率却随着桨叶数的增加而下降。在相同的进速系数下,由于吸力面和压力面之间有较大的摩擦力和压力差,7叶RDT的推力和扭矩比3叶RDT大。为了选择较高的效率和较大的推力,桨叶数确定为4。研究和分析导管厚度、导管前缘半径和导管后缘的几何形状对其影响。结论显示,推力系数随着导管厚度的减少而增加,扭矩系数随着导管厚度的增加而增加,因此效率随着导管厚度的减少而增加。另一方面,导管前缘半径对RDT的推力系数没有明显影响。然而,RDT的扭矩系数随着导管前缘半径的增加而降低,所以RDT的效率随着导管前缘半径的增加而增加。综合比较表明,RDT15-0.5(导管厚度为15,导管前缘半径与导管厚度之比为0.5)在本文研究RDT模型中具有最佳的水动力性能。结合桨叶数和导管几何参数的规律一体化设计RDT,测试RDT在不同转速下的推力性能,根据电压电流得出实际功率。进行RDT“水草”通过性实验,将RDT和无人艇进行实际结合,确定RDT的安装方式和位置,RDT不仅可以在无人艇加速过程中提供动力,还可利用RDT的优点弥补无人艇的不足之处,从而形成了一种高速无人艇。