1、 江苏科技大学苏州理工学院 届毕业设计（论文） 环绕式变距无轴推进器设计与 初步 试验研究 系 部： 船舶与建筑工程学院 专业名称： 船舶与海洋工程 班 级： 学 号： 作 者 : 指导教师 : 年 月 日 江苏科技大学苏州理工学院本科毕业论文 环绕式变距无轴推进器设计与 初步 试验研究 Design and experimental study of surrounded-adjustable rim driven thrusters 江苏科技大学 苏州理工学院 本科毕业设计（论文） I 摘 要 环绕式变距无轴推进器 是一种 环绕于水下艇体，且 不需要舵设备的推进器， 其依靠螺距的改变来改变
2、速度 大小 和方向 ，还能有一些特殊航态。其 结合了变距推进器的优势，也拥有无轴轮缘推进器的优势。 主要用于水下运输和水下观光，未来还带算运用于水下 救援和水下维修。 本文主要运用变距推进器 和 无轴轮缘推进器 的工作原理 完成了 环绕式变距无轴推进器 的设计和模型制作，并通过预先设定的程序使模型完成直线航行、曲线航行和侧移等航态。首先根据 其原理完成了 环绕式变距无轴推进器 的设计方案。其次完成模型的制作，制作过程包括压载水舱模块、动力模块 、艇体和电气四大部分。 最后完成了 环绕式变距无轴推进器 模型 的制作、试验以及改进。 关键词： 变距 桨 ；无轴 推进器 ； 轮缘 推进器 ；环绕式；
3、 水下推进器 江苏科技大学 苏州理工学院 本科毕业设计（论文） II Abstract Wrap around variable pitch propeller shaft is a surround in the underwater hull, and does not require a rudder propeller, which relies on the pitch change the magnitude and direction of velocity, still can have some special navigation state. It combines th
4、e advantages of variable pitch propeller, also has an advantage of propeller shaft flange. Mainly used for underwater transport and underwater tourism, the future is also used for underwater rescue and underwater repair. In this paper, the use of variable pitch propeller and shaft flange propeller w
5、orks completed a wrap around variable pitch propeller shaft design and model making, and that causes the model to complete the line navigation, navigation curve and lateral shift navigation state by preset programs. According to its principle, the design scheme of the surround type variable pitch pr
6、opeller is completed. Secondly, model making, the production process including ballast water tank module, power module, hull and electrical four parts. At the end of the experiment, the manufacturing, testing and improvement of the model of the surround type variable pitch propeller are completed. K
7、eywords:CCP(controllable pitch propulsion plant); shiftless rim-driven thruster; surrounded; Thruster 江苏科技大学 苏州理工学院 本科毕业设计（论文） III 目 录 摘 要 . I ABSTRACT . II 目 录 . III 第一章 绪 论 . 1 1.1 研究背景 . 1 1.1.1 无轴推进器的研究背景 . 1 1.1.2 变距推进器的研究背景 . 1 1.2 国内外研究现状 . 1 1.2.1 国外研究现状 . 1 1.2.2 国内研究现状 . 2 1.3 本文研究的主要内容 .
8、2 1.4 本章小结 . 3 第二章 环绕式变距无轴推进器的原理 . 4 2.1 引言 . 4 2.2 环绕式变距无轴推进器的背景技术 . 4 2.3 环绕式变距无轴推进器的原理概述 . 4 2.3 环绕式变距无轴推进器的发明目的 . 5 2.4 环绕式变距无轴推进器的技术方案 . 5 2.5 环绕式变距无轴推进器的优点 . 6 2.6 本章小结 . 7 第三章 环绕式变距无轴推进器的设计方案确定 . 8 3.1 引言 . 8 3.2 设计方案初定 . 8 3.2.1 结构设计方案 . 8 3.2.2 运动设计方案 . 8 江苏科技大学 苏州理工学院 本科毕业设计（论文） IV 3.3 基于
9、Fluent 软件的流体仿真 . 8 3.3.1 仿真前数据收集 . 8 3.3.2 Gambit 模型绘制和网格划分 . 9 3.3.3 Fluent 数值模拟 . 10 3.3.4 仿真结果数据处理 . 11 3.4 结构设计 . 11 3.4.1 初步结构设计 . 11 3.4.2 结构设计的确定 . 12 3.5 结构设计的合理性计 算 . 12 3.6 本章小结 . 13 第四章 环绕式变距无轴推进器模型的试验准备 . 14 4.1 引言 . 14 4.2 模型制作材料的选择及确定 . 14 4.2.1 模型制作材料的选择 . 14 4.2.2 模型制作材料的确定 . 17 4.3
10、压载水舱模块的制作过程 . 19 4.4 动力模块的制作过程 . 21 4.4.1 艇内部分的制作过程 . 22 4.4.2 艇外桨叶轨道的制作过程 . 29 4.4.3 动力模块的整体安装 . 34 4.5 艇体的制作过程 . 34 4.6 艇内电气部分的制作过程 . 35 4.7 推进器程序设计 . 36 4.7.1 步进电机控制程序 . 36 4.7.2 旋转支架控制程序 . 37 4.7.3 中部 灯光及电机控制程序 . 41 4.8 本章小结 . 44 第五章 环绕式变距无轴推进器的试验及改进 . 45 江苏科技大学 苏州理工学院 本科毕业设计（论文） V 5.1 引言 . 45 5
11、.2 压载水舱进排水的实验及改进 . 45 5.2.1 压载水舱进排水的实验 . 45 5.2.2 压载水舱进排水的改进 . 45 5.3 动力模块的实验及改进 . 46 5.3.1 动力模块的实验 . 46 5.3.2 主轴电机的改进 . 46 5.3.3 电机接头的改进 . 47 5.4 无 线通信的试验及改进 . 48 5.4.1 无线通信的试验 . 48 5.4.2 无线通信的改进 . 48 5.5 增加 vb 上位机 . 48 5.5 下水试验 . 49 总 结 . 51 致 谢 . 52 参考文献 . 53 江苏科技大学 苏州理工学院 本科毕业设计（论文） 1 第一章 绪 论 1.
12、1 研究背景 1.1.1 无轴推进器的研究背景 近年来，随着世界各国之间贸易的加强，海上货运量增加，船舶数量、吨位也随之提升。但随着船舶大型化的发展，传统船舶推进系统己经逐渐显现出它的劣势，无法更好地满足工作要求。在传统推进系统中，主机、推进轴系、螺旋桨等是不可或缺的装置。而随着主机单机功率的增大，其体积也随之增大，推进轴系长度更是增至几十米甚至百米，部分船舱被占用，导致空间利用率低下。同时，由于推进轴系长度的增加，结构日趋复杂，在能量传递过程中损耗增大，传递效率降低，增加了船舶的设计难度和建造成本。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 。 1.1.2 变距推进器的研究背景 着
13、造船工业的发展以及遥控技术的日益完善，可调螺距桨 （ 调距桨 ） 推进装置的应用越来越广泛 1。船舶调距桨推进装置由于其桨叶角度 （ 即螺距角 ） 连续可调，使得主机负荷、推力大小和方向在一定范围内任意调节，因此可以大大改善船舶在各种航行工况下的推进效率，提高船舶的可靠性能和机动性能，延长主机的寿命。当船舶主机在部分负荷下运行时，可通过主机转速和螺距比 H/D 的优化匹配，既能使动力装置具有较高的效率，又可提高船舶的续航力和经济性。通过调节螺距，不但可控制航速，还可以实现船舶的倒航，使之具有更好的机动性和操纵性，提高船舶的自动化程度。 1.2 国内外研究现状 1.2.1 国外研究现状 2004
14、 年，美国的 Schilling Robitics 公司开发的 5 叶推进器，输入电压 600V，功率 7.5kW，输出转速 1000r/min，额定推力为 2000N，其主要特点是无需水密，允许江苏科技大学 苏州理工学院 本科毕业设计（论文） 2 海水通过电机内部，有助于降低电机温度，提高电机功率密度 。 2005 年，挪威 Brun-voll公司开 发了大型 4 叶轮缘推进器，输出功率 100kW，其特点在于灵活性强、耐用度高；通过选用多槽式电机，通过永磁体的旋转带动螺旋桨运转；其轴承采用磁性流体轴承，减少维修和污染问题；根据安装位置设计导流罩，以减少噪声和振动 。 2006年，荷兰的 V
15、ander Velden Marine System 公司开发了管道式 7 叶无轮毂驱动推进器，并在此基础上开发了一系列多种规格的产品，螺旋桨直径从 0.45-1.05m，输出功率30-295kW，整体体积相对于其他产品较薄，并可与其他机械手臂相连，增加运动自由度 。 1.2.2 国内研究现状 702 研究所主要就轮缘推进器的水动力特性进行研究 ， 包括螺旋桨的样式 外部导 流罩的形状 及其对推进效率的影响 。 台湾的成功大学在 2008 年研制一台小型轮缘驱动推进器的样机 ， 但其功率较小 ， 体积较大 ， 只能用于小型无人潜水器中 1.3 本文研究的主要内容 本文主要研究设计水下 环绕式变
16、距无轴推进器 的模型设计、模型具体制作过程。以及模型试验，试验后对模型的改进。 （ 1）模型的设计 参考对比国内外无轴轮缘推进系统的模型制作与运行原理结合流体力学，机械设计，控制设计等多方面考虑因素设计 环绕式变距无轴推进器 模型。 （ 2）模型具体制作过程 根据模型设计及具体制作环境和设备、材料等讲解模型的具体制作过程。 （ 3）下水试验 在模型制作过程中，不断进行具体试验，看是否符合设计原则。在最终模型试验结束后，整体下水 进行 试验，测试浮沉 状态，运行姿态 。 （ 4）模型改进 试验结束后针对试验结果对 桨叶 外形、动力装置、控制系 统 进行改进。 江苏科技大学 苏州理工学院 本科毕业设计（论文） 3 1.4 本章小结 本章通过分析国内外无轴轮缘推进系统的研究现状、研究背景，揭示了课题研究的意义。最后，概述模型制作的目标和内容。本文的研究目标是 环绕式变距无轴推进器 模型 的模型设计选型，模型具体制 作过程以及模型的试验和改进。
