水下推進器
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
水下推進器的實例教程
正文共： 1590字 13圖 預計閱讀時間： 4分鐘
1 前言
水下推進器是潛艇、船只等裝備的重要設備，負責為裝備的運動提供所需的動力。其基本工作原理是借助軸的扭矩使葉片隨軸產生旋轉運動，流經推進器的水動量發生變化，根據牛頓第三定律，將會對推進器產生一個推力。今天，我們用一個假想的推進器螺旋槳做一個計算案例。
2 建模與網格
建立如下的三維計算模型，對于該問題的計算，類似于離心泵的計算，需要建立動、靜子域。本案例中，螺旋槳及其外圍附近的圓柱面構成旋轉域，圓柱面和外圍方形（也可以是圓柱形）構成靜態域，圓柱面為動靜域的交界面（interface）。劃分多面體網格，重點對螺旋槳附近的網格進行細化，因為此處的變量梯度最大。另外，視螺旋槳的結構復雜程度，旋轉域的網格質量通常難以達到較高水平，本案例的最小正交質量為0.1。
3 邊界條件與求解設置
采用默認的SST k-ω湍流模型，控制壁面的Y+接近1。
我們設定進口流速0.3m/s，類比風洞試驗，該速度也是表征推進器和母裝備（潛艇、船只）以0.3m/s的速度前進。本案例的進口速度方向為-Z，則推進器移動方向為+Z。
本案例采用MRF多運動參考坐標系方法模擬動域，該方法為穩態計算，求解時間相對較短。
展開 由于泵噴推進器是由環狀導管、前后置定子與螺旋槳所組成的推進裝置, 其中帶有翼型的前置定子可以使水流產生預旋, 帶有翼型的后置定子可以回收尾流中旋轉的能量, 故基于上述的泵噴整流機理, 在水下推進器添加特定的前、后置定子使其變為類泵噴推進器, 并利用CFD仿真分析研究類泵噴推進器中螺旋槳在泵噴整流機理中抑制空泡的效果, 提出一種有效抑制空化氣泡產生以及減小水下推進器噪聲的方法, 為抑制螺旋槳空化提供更為有效的途徑。
0
1
模型構建
1.1 幾何模型構建與描述
以Whale1212水下推進器為研究對象, 如圖1所示, 該標準型號推進器由密封艙、槳軸、螺旋槳、導管和支撐桿組成, 結構優化后的深海推進器在標準型號的基礎上增加了前置定子與后置定子。
圖1 水下推進器結構示意圖
該水下推進器的螺旋槳采用帶有側斜的D型導管槳系列結構, 如圖2所示。
展開 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。
展開 水下潛航器underwatervehicle (UV) 設計，必需要將艇體-推進-驅動整體考慮，也就是我們常說的要達到船機槳匹配。
在系統設計期間，經常會忽略螺旋槳與艇體之間的關系，尤其是水流如何到達螺旋槳周圍，以及艇體與螺旋槳之間的局部壓力如何影響推力。希望通過本文使UV設計者對這種關鍵的水動力相互作用有一些了解。
螺旋槳壓力
螺旋槳葉片兩側有兩個主要壓力區，它們共存并產生推動艇體運動的推力。在螺旋槳的后部是一個“正壓”區域（在圖中以P +表示）。將手伸出車窗外。稍微旋轉手以使拇指抬起。當您的汽車行駛時，空氣會被您的手抓住，從而形成“正壓力”。這等效于螺旋槳的最后側（“面”），并向前推動葉片。
同時，由于環繞您的拇指和手背的氣流彎曲，您的手上也產生了吸力。（您可能不會感覺到這種感覺，因為我們的手不是很大的機翼，但它在那里。）此吸力是一個“負壓”區域，可將刀片向前（向前）拉動。可能令人驚訝的是，對于大多數用于UV的螺旋槳，吸力“負壓”是推動螺旋槳推力的主要因素。
艇體尾部形狀
這與我的上游艇體形狀有什么關系？負的螺旋槳吸力會在相當遠的距離產生影響。該抽吸區不僅會向螺旋槳中吸水，而且還會向后拉動船體或位于其前面的艇體。這種減小拉回可以有效地視為增加的阻力，但更常見的是將其作為“推力減額”來處理。而且，具有靠近螺旋槳的向后形狀的艇體特別容易受到推力減小的影響。
此處顯示的圖形說明了在現代“旋轉體”或“魚雷式” UV上經常看到的三種不同的尾巴形狀。
展開 原來博雅工道在水下機器魚中加入了仿生側線感知技術，這是基于北京大學工學院十多年的的研究基礎上，研發出單關節、多關節魚尾、胸鰭驅動的高效高速驅動系統，也稱仿生推進技術。
在自然界中的魚類，能夠以極快的速度應對突發的驚擾，同時能夠在只獲取局部信息的情況下，組織大規模魚群的群體行為，從而產生群體智能，而這主要依靠其側線系統。而搭載仿生推進技術的博雅工道水下機器魚，能夠完美模仿自然界中的魚類游動的狀態，所以能與魚兒們友好相處。
同時，相較于傳統的螺旋推進器，仿生推進器不僅具有高效性、高機動性和驅動方式多樣化，還擁有降低噪音和增強隱身的能力，大大降低了對海洋生物的破壞性。
要探索更要保護，智能“魚群”專利滿滿
BIKI不僅是一個面向C端的消費級產品，在搭載各種傳感器之后也將可以應用于B端場景，比如水廠中的漏水監控、環境保護中的排污監測，其獨特地仿生技術，甚至可以在一些軍事領域得到應用。BIKI具備超高的智能化水平，能為躲避水下障礙物和路徑規劃，提供更加精準的測量和控制標準，使得機器魚在水中提高續航能力的同時能夠實現復雜而又精確的位姿控制，保證機器魚實現水下任務的順利完成。
據悉，博雅工道已擁有相關技術專利60余項、國際商標28項，PCT一項。旗下產品有水下攝影機器魚、手持水下飛行器、無人艇、ROV、兩棲履帶車等5個系列。陳龍冬表示，這些技術都是團隊自主研發，并且一直堅持走中國獨立自主的設計之路，爭創世界一流水下無人機品牌。2018年1月，博雅工道進入了福布斯“2018CES值得全球關注的中國展商”的榜單，取得了業內外的廣泛關注。
21世紀以來，國與國之間綜合實力的較量無不體現著創新的強大能力。然而，科學研究如同逆水行舟，不進則退，科技創新更是如此。企業人才也應擔負起創新的興國之路、富強之路，吹響建設世界科技強國的號角。
展開 
水下推進器的相關專題、標簽、搜索
水下推進器的最新內容
本文原刊登于Ansys.com：《Innomotics Advances AI-capable Industrial Motor Drives With Multiphysics Simulation and Digital Twins》
作者：Jennifer Procario | Ansys市場傳播經理
編輯整理：張旭 | Ansys主任應用工程師
8 件帶有無刷直流電機的推進器11個月前
Rov #2025
全新設計，采用環氧碳纖維機身。8 件帶有無刷直流電機的推進器。
SolaHD是艾默生（Emerson）旗下專注于電能質量解決方案的子公司，正以其"從設備到云端?"(Floor to Cloud?)的創新理念及全新升級的在線產品配置工具引領行業變革。
關于SolaHD與艾默生： 作為艾默生集團旗下品牌，SolaHD在電能質量管理領域始終處于行業領先地位，致力于為工業環境提供高可靠電力解決方案與創新工具。其母公司艾默生（紐約證券交易所代碼
摘 要：針對水下航行器的鋰電池組發熱問題，利用ANSYS Icepak軟件對不同散熱條件下的電池艙段內溫度氣流分布情況進行了仿真分析。結果表明：相比于艙內空氣自然對流冷卻，使用風冷散熱可大幅降低電池組平均溫度，并改善電芯之間的溫差，有利于提高電池組的環境適應性和放電功率，進而提升水下航行器的安全性和可靠性。
關鍵詞：鋰電池;Icepak;散熱仿真;水下航行器溫度場;
0 引言
1
研究背景
全球航空業的飛速發展，越來越多的航空制造商和運營商將目光聚焦于航空節能、環保及可持續性，動力系統革新尤為受關注。在眾多創新概念中，分布式電推進系統技術展現出了較為明顯的發展潛力，其被認為能夠極大地降低燃油消耗和各類排放
作為水下監視或慢行的無人航行器，最主要的是根據航行阻力特性來設計水下螺旋槳推進器。首先根據阻力系數經驗參數估計阻力大小量級。
水下航行阻力
式中，ρ為水密度，V 為航行速度，CD 為阻力系數（常見水下流線型體值為0.51～0.6），S 指三個空氣螺旋槳在水下狀態時的截面積。
在海洋學研究領域，加州大學圣地亞哥分校的本科生組織Yonder Deep正在以創新的方法開發自主水下航行器（AUV），引起了廣泛的關注和興趣。Yonder Deep的主要目標是收集挪威斯瓦爾巴群島冰川末端附近爆裂氣泡的聲學數據，這些數據對于了解冰川融化的速度以及其對全球變暖的影響至關重要。該團隊計劃在惡劣的北極條件下部署他們的AUV，從而能夠收集水中形成的氣泡數據。然后，他們將對這些數據進行分析，
正文共： 1590字 13圖 預計閱讀時間： 4分鐘
1 前言
水下推進器是潛艇、船只等裝備的重要設備，負責為裝備的運動提供所需的動力。
圖1 水下推進器結構示意圖
該水下推進器的螺旋槳采用帶有側斜的D型導管槳系列結構, 如圖2所示。
同空中航行器一樣，自主水下航行器(AUV) 更適用于對大型載人航行器來說太危險或根本無法嘗試的許多應用領域。
例如，北極探索、水下建橋與管道檢查，以及水產養殖自動化，這些應用通常需要 AUV 行駛一段距離才能到達目標位置。航行器一旦到達目標位置，可能就需要執行敏捷操縱（即水下機動航行），以采集圖像、視頻和其他重要數據。
受諸多因素的影響，開發這些 AUV 的控制算法錯綜復雜
