【摘 要】
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随着新技术的发展和军事战略的需求日益增长,续航能力更强、声学观测型长航程无人自主水下航行器（LRAUV,Long Range Autonomous Underwater Vehicle）备受关注。LRAUV是一个复杂的机械电子系统,其中高效率、低噪声的螺旋桨推进器是保证LRAUV完成长时序声学观测的重要组成部分。本文以声学观测型LRAUV为平台,针对推进器工作效率和振动噪声问题展开研究:1.设计L
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随着新技术的发展和军事战略的需求日益增长,续航能力更强、声学观测型长航程无人自主水下航行器（LRAUV,Long Range Autonomous Underwater Vehicle）备受关注。LRAUV是一个复杂的机械电子系统,其中高效率、低噪声的螺旋桨推进器是保证LRAUV完成长时序声学观测的重要组成部分。本文以声学观测型LRAUV为平台,针对推进器工作效率和振动噪声问题展开研究:1.设计LRAUV水动力外形,使用CFD数值计算方法预报了LRAUV的航行阻力,明确了螺旋桨推进器设计输入。基于升力线理论,结合CFD方法探究了螺旋桨结构参数与效率的关系,建立高效双叶螺旋桨模型;使用CFD方法研究了螺旋桨水动力性能及其敞水效率。2.设计了毂帽鳍参数的全因子实验,敞水特性结果表明毂帽鳍可有效地减弱尾流,提高螺旋桨的效率;分析了设计参数对效率影响规律,总结毂帽鳍的作用机理,并提取关键参数对毂帽鳍的进行优化,以获取最佳响应值。3.推导了LRAUV机体与螺旋桨相互作用的关系,对LRAUV自航速度进行预测,并获得该工况下推进器的整体效率;建立了以推进器为主要单元的能耗模型,推导了LRAUV航速与航程的函数关系,并计算推进器最大效率点下LRAUV的航程。4.采用振动测试方法,对电机驱动激励下的推进器壳体振动进行测试,分析了各测试点振动峰值产生的原因;通过消声水池实验,对不同转速下的推进器噪声水平进行测试,分析了推进器水中运行的噪声来源,在经济航速工况下噪声水平,低于海洋环境噪声。5.开展了压力测试、水池系泊推力测试,推进器在高压下运行正常,推力性能满足LRAUV航行需求;在国家深海基地管理中心开展近海海试,LRAUV在推进器最佳效率工况下航行速度与理论计算相近,验证了推进器方案的正确性和系统运行的可靠性。
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