磁耦合推进器关键技术的研究

发布时间：2021-02-22 22:30

　　由于人类对于海洋资源的需求,各国开始进行海洋探索,水下机器人应用的越来越广泛,作为水下机器人动力装置的水下推进器也发展迅速,水下推进器的轴端密封方法和螺旋桨设计方法是水下推进器研究的核心部分,密封方法主要分为密封圈密封和机械密封等几种常规密封方式,近些年一些研究人员把永磁耦合器应用在了水下推进器上。磁耦合推进器有密封可靠、工作年限长等优点,本文对磁耦合推进器的关键部分进行了理论研究和实验分析,主要研究了螺旋桨的理论设计和永磁耦合器的性能分析。具体内容如下:首先概述了课题的研究背景、螺旋桨和永磁耦合器国内外的研究现状,介绍螺旋桨和永磁耦合器的基本理论知识,为研究接下来的内容做铺垫;然后介绍磁耦合推进器的整体结构,基于图谱法对螺旋进行理论设计,初步确定螺旋桨的结构参数。对永磁耦合器进行结构设计,确定永磁耦合器的参数。其次基于MRF模型对螺旋桨盘面进行压力分析,对螺旋桨盘面进行形状优化,来提高空泡性能,并且分别分析螺距比和盘面比对螺旋桨性能的影响,优化螺距比和盘面比;然后分析导管与螺旋桨外缘间隙、导管的收缩系数和扩张系数对导管螺旋桨推进性能的影响,选择合适的导管参数。对理论设计的永磁耦合器进... 

【文章来源】：东北石油大学黑龙江省

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
创新点摘要
第一章 绪论
    1.1 课题研究的目的和意义
    1.2 水下推进器发展现状
    1.3 螺旋桨理论研究进展
        1.3.1 动量理论和叶元体理论
        1.3.2 升力线理论
        1.3.3 升力面理论
        1.3.4 螺旋桨面元法
        1.3.5 螺旋桨图谱设计
        1.3.6 粘性流体动力学法
    1.4 导管的理论研究进展
    1.5 永磁耦合器理论研究进展
        1.5.1 永磁材料发展现状
        1.5.2 国内永磁耦合器研究现状
        1.5.3 磁力耦合器在水下应用研究
    1.6 论文主要的研究工作
第二章 磁耦合推进器结构设计
    2.1 引言
    2.2 磁耦合推进器设计原理
    2.3 螺旋桨的初步设计
    2.4 导管的初步设计
    2.5 永磁耦合器理论设计
        2.5.1 永磁耦合器转矩确定
        2.5.2 永磁耦合器类型确定
        2.5.3 永磁耦合器结构设计
    2.6 磁耦合推进器结构
    2.7 本章小结
第三章 导管螺旋桨三维仿真分析
    3.1 引言
        3.1.1 控制方程
        3.1.2 连续性方程
        3.1.3 动量守恒方程
        3.1.4 湍流模型
    3.2 螺旋桨数值模拟参数设置
        3.2.1 多重参考系模型
        3.2.2 建立计算域
        3.2.3 网格划分
        3.2.4 求解参数设置
    3.3 螺旋桨数值模拟分析
        3.3.1 螺旋桨空泡性能分析
        3.3.2 螺旋桨盘面形状优化
        3.3.3 改型后螺距比影响分析
        3.3.4 盘面比影响分析
    3.4 导管参数分析
        3.4.1 导管螺旋桨推力原理分析
        3.4.2 导管收缩系数对螺旋推进性能的影响分析
        3.4.3 导管扩张系数对螺旋推进性能的影响分析
        3.4.4 叶梢间隙对推进性能的影响分析
    3.5 本章小结
第四章 永磁耦合器仿真分析研究
    4.1 引言
    4.2 三维有限元磁场计算模型
    4.3 永磁耦合器不同参数仿真分析
        4.3.1 仿真求解过程
        4.3.2 磁体厚度对转矩影响
        4.3.3 磁体长度对转矩影响
        4.3.4 磁体极数对转矩的影响
        4.3.5 磁体间隙对转矩的影响
        4.3.6 转速对涡流损耗影响
        4.3.7 隔离套厚度对涡流损耗影响
    4.4 本章小结
第五章 磁耦合推进器试验分析
    5.1 磁耦合传动装置的特性试验与分析
        5.1.1 磁耦合传动静态性能测试原理及试验方法
        5.1.2 静态特性试验过程和测试结果
        5.1.3 十极永磁耦合器全周期特性试验
    5.2 磁耦合推进器推进试验
        5.2.1 试验模型参数确定
        5.2.2 搭建试验台
        5.2.3 试验结果分析
    5.3 本章小结
结论
参考文献
研究成果目录
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]船舶操纵运动CFD数值模拟研究进展[J]. 王建华,万德成.  哈尔滨工程大学学报. 2018(05)
[2]CFD方法预报螺旋桨敞水性能及CFD方法不确定度分析[J]. 杨雨潇.  舰船科学技术. 2017(20)
[3]用磁荷观点解释单极感应现象[J]. 赵强,刘萍.  物理与工程. 2017(05)
[4]表面桨推进系统发展与应用[J]. 刘佳.  中国水运(下半月). 2017(07)
[5]导管螺旋桨设计及应用分析[J]. 李云,陈倩清,董明海,徐应芬.  浙江国际海运职业技术学院学报. 2016(04)
[6]船用桨后固定组合叶轮节能效果研究[J]. 羊慧,吴静萍.  船舶. 2015(03)
[7]基于磁力耦合器的载人潜水器电力推进装置研究[J]. 倪天,马岭,许可.  海洋工程. 2015 (01)
[8]水下磁耦合器隔离套涡流损耗及系统传动效率分析[J]. 于雅莉,赵博.  电工技术学报. 2014(S1)
[9]无泄漏的磁力传动真空动密封[J]. 王德喜,谢元华,赵克中,徐成海.  真空. 2014(01)
[10]海洋机器人30年[J]. 封锡盛,李一平.  科学通报. 2013(S2)

博士论文
[1]永磁体间的磁力和磁力矩研究[D]. 历建刚.吉林大学 2015
[2]螺旋桨水动力性能、空泡及噪声性能的数值预报研究[D]. 王超.哈尔滨工程大学 2010

硕士论文
[1]舰船水下噪声预报与优化设计[D]. 刘致豪.哈尔滨工程大学 2017
[2]基于CFD的AUV螺旋桨设计[D]. 于梦珏.大连海事大学 2015
[3]复合材料螺旋桨流固耦合分析研究[D]. 王丹.哈尔滨工业大学 2014
[4]船舶螺旋桨理论设计及性能预报方法研究[D]. 侯奕.华中科技大学 2014
[5]基于EEDI的49000DWT散货船主机功率及螺旋桨的研究[D]. 杜文芒.浙江大学 2014
[6]船舶螺旋桨敞水性能CFD模拟[D]. 付颐鑫.大连海事大学 2012
[7]超小型水下机器人对转集成电机推进器研究[D]. 张晓飞.华南理工大学 2012



本文编号：3046638