從載具推進的物理學角度來看，無人駕駛水下航行器(UUV)與滑雪艇或者油輪幾乎沒有什么不同。它采用了航行器-推進器-驅動的系統模型，該模型通過推進器將驅動能量轉化為推力，以達到推動航行器移動的目的。推力平衡和運動的基本原理對這三種載具都是共同的，即旋轉能量被系統的中心部件推進器轉化為軸向推力。

不同類型載具的推進器設計所不同的是基于載具各自任務所特有的設計約束和目標。例如，一艘滑雪艇在拖曳速度下可能需要高推力，并愿意放棄潛在的最高速度以達到這一任務要求，它的傳動比和推進器特性就是為此而設計的。為了獲得最大的經濟回報，油輪可能需要以“經濟速度”獲得最大的效率。或者，它可能還會額外限制排放或燃料消耗，這就要求在推進器的設計上做出妥協。

考慮到相關的各種任務，水下航行器有其自己的一套推進器設計要求，如電池壽命(或電池容量下運行的最大距離)，最大直徑，最小運行速度，從水動力效率或安全角度考慮是否采用導流管式螺旋槳，同時也考慮到可以減少噪聲，確保安靜地進行數據收集任務。這些設計要求是HydroComp公司進行UUV推進器設計工作時的思考，這些思考來源于一個成功的設計項目，是在和客戶深度溝通設計需求和信息的過程中形成的。航行器-推進器-驅動模型是進行此類設計討論的一個很好的框架。

航行器 

典型的UUV是一種回旋體外形(也稱為軸對稱形式)，它有一個鼻子、身體和尾巴。為了裝配設備的內部容積最大化，一些航行器的首部和尾部非常短。正如你可能預料到的，這樣的首部必然會造成阻力的增加，由于流體進入推進器不是沿著軸向而是有一定的斜度，也會損失一定的推進性能。不同的阻力成分，如興波阻力或壓阻力和摩擦阻力或粘性阻力之間的平衡是我們工作的一部分，往往希望得到最小的阻力體積比，事實上，這并不能完全實現。我們真正想要的是最小的功率體積比，而尾部的幾何形狀會很大程度上影響推進器將回旋能量轉換為有效軸向推力的能力。

因此,許多推進器設計項目首先會使用NavCad?軟件預測航行器的阻力和船體-推進系數(伴流分數和推力減額)，NavCad?軟件是一款用于水動力和推進系統仿真分析的專業軟件。

                             一個特有的潛水器模塊為魚雷型UUV提供了強大的預報分析能力

驅動 

和推進器相對應的是驅動裝置，通常是一個電動機。電機的電氣特性各不相同，但推進器設計的關鍵數據是轉軸上的機械輸出功率和轉速的關系曲線。輸入電能功率的峰值很重要，當然，也就對應一定的運行限制。我們用電機效率曲線來描述輸入電能功率，這有助于回答以下問題:如果最長的電池壽命是最高優先級，我們的最佳目標轉速范圍是什么？另一方面，轉軸的功率和轉速的關系曲線會告訴我們可能的最大功率所對應的轉速，以及擴展開來，能夠得到潛在的最大推進器推力和航行器速度所對應的轉速。

從典型的電機轉軸功率，電機效率與轉速的關系曲線可以看出，可能的最高功率很少(如果有的話)出現在最高的電機輸入效率處。因此，我們經常必須在提供更高的輸出功率和提供最佳的電機效率之間折中定義設計轉速點。

與每個關于電機驅動的UUV的討論相關的是，軸轉速幾乎總是過高，不利于推進器的最佳運行。常見的情況是看到某種形式的傳動裝置，以實現最佳的推進器性能或者接受推進器可能以平庸的效率運行。

推進器

你會注意到這里使用的術語是“推進器”而不是“螺旋槳”。這是為了強化導管和螺旋槳（在大多數UUV上發現）是一個交互式單元，即推進器的概念。推進器的設計是尋找最佳的螺旋槳和導管的組合，同時跟蹤它們的相互作用。換句話說，您必須使用具有此交互分析的設計工具，例如用于系統模擬的NavCad或用于螺旋槳-導管組件設計的PropElements?。在所有的UUV推進器設計項目中，一個普遍的目標是開發一種能夠產生最高推力功率比（效率）的幾何形狀，這是我們通過大量得到驗證的試驗來實現的。通常外部設計驅動因素的影響會使成功的UUV推進器設計充滿挑戰性。例如，轉速可能太高（如上所述），幾何約束可能限制最大直徑，或者它們可能會因為考慮載具尾部的斜率而影響設計。

花點時間提一下UUV推進器制造的意義重大。 媒體對于螺旋槳的3D打印進行了大量討論。雖然從經濟性和產能的角度來看這可能是有吸引力的，但我們必須注意，性能不會因表面紋理不適當(這對大多數UUV上的小尺寸的推進器有巨大影響)、疲勞強度失效或葉片中的液壓彈性彎曲而受到影響。HydroComp公司通過各種內部研究項目，成功地將3D打印應用于小型推進器。

除了這些實際設計考慮之外，還有一個最有趣的當代設計驅動因素是輻射噪音。作為更廣泛的可持續發展計劃的一部分，HydroComp公司在推進器水聲學(捕捉噪聲和振動方面)具有成熟的專業知識。隨著我們的工具開發出新的水聲特性，這些知識也可供其他造船設計師和工程師使用。項目對噪聲的敏感度始終是我們UUV推進設計工程客戶討論的一部分。

所有的水聲激發都來自質量波動（流體質量的周期性運動）。推進器驅動的水聲通常由螺旋槳在低壓區中的振動引起，因為它在“遮蔽”區域(例如在支柱或控制鰭的后面)轉進和轉出。該波動的一部分僅僅是由于流入量變化引起的葉片周圍流動方向的變化，這種流向的變化更重要的是由于葉片空泡的快速擴張和破裂所導致。每一個影響因素的評估都是我們推進器設計工作的一部分，根據需要通過改變葉片的輪廓和其外傾角分布來減輕影響。

過度的水聲激發和傳輸也可以借助于一個創造性的導管設計。利用我們在導管性能模擬上的經驗背景，我們可以考慮到特定的噪聲抑制導管的幾何形狀是否能夠提供必要的抑制，以及可能會帶來的推進效率的任何損失。

因此，雖然UUV推進器設計有其獨特的挑戰，但它仍然只是一個更大的系統問題中的子任務。它能夠提供令人有成就感的工程挑戰，只需要多一點細心，加上合適的軟件工具和實際經驗就能成功完成。

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