水下推進系統的案例
【技術】水下潛航器尾部形狀對推進的影響
同時提供對電動機傳動系統的支持，并對專有的部分負載電動機效率預測功能的。UV設計人員可以可靠地預測在所有運行速度和條件下電流消耗，輸入電功率和整體電動機效率。
FLUENT水下推進器螺旋槳計算
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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 軍用級仿鯊魚尾鰭推進水下機器亮相
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 當代無人駕駛水下航行器的推進器設計
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?；蛘撸赡苓€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 
基于AMESim的AUV推進系統建模和仿真驗證
參考文獻（略）
原文刊登于《水下無人系統學報》2021年第29卷第1期
涵道風扇電推進系統關鍵應用技術探討
由于涵道風扇對電機有嚴格的安裝接口、差異化的功率
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轉矩
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轉速特性及寬飛行包線要求，需針對涵道風扇使用環境下的電磁結構與電、磁、熱多場設計耦合
，適配開發涵道風扇電機及其控制器，實現寬轉速范圍內的系統效率綜合優化。
在電驅系統與涵道風扇結構的一體化設計方面，推進系統總體設計的目標是將涵道風扇的槳轂、支撐導葉等結構與電機及控制器進行功能結構一體化設計，使之滿足承力、電機裝載與減振、電機及功率器件散熱、密封等要求的條件下，實現推進系統的整體輕量化。為此，可以采取以下措施：一是從涵道風扇的推進系統功率和力效出發，研究槳轂和支撐導葉的外形尺寸對力效和電驅系統功率密度的作用規律，通過優化方法確定給定直徑涵道風扇槳轂的尺寸包絡，為電驅系統提供必要的安裝條件；二是基于涵道風扇的推力、扭矩，以及電驅系統在全飛行剖面的散熱功耗，結合復合材料和金屬材料的力、熱特性，對涵道風扇的槳轂、支撐導葉、電機轉軸等結構的材料進行優選，對槳葉、轉軸、電機、槳轂、支撐導葉和涵道框架結構進行傳力路線和拓撲優化，在滿足安全系數的條件下（驗證階段一般可選不低于1.5倍），減輕推進系統的整體質量；三是對比研究帶表面翅片槳轂（或其它形式散熱結構）和光滑表面槳轂對涵道風扇推力性能、風冷散熱效率的影響，根據總體對推進系統的散熱和力效的需求側重，對槳轂表面翅片的高度、翅片密度等參數進行優化，提升涵道風扇推進系統的峰值功率和系統效率。
展開 載人登月航天器推進系統方案選擇分析
摘要:載人登月航天器完成近月制動和著陸下降等空間任務，需要裝載大量推進劑，推進系統方案選擇是航天器總體方案設計優化的重要組成部分。建立了推進系統關鍵組件設計仿真模型，仿真分析了推進系統質量和干重系數隨推進劑裝載量的變化規律，并對比了20 t級載人登月航天器擠壓和泵壓推進系統方案。結果表明:推進系統方案質量與推進劑裝載量有關，推進劑裝載量越大，泵壓推進系統輕量化優勢越大，主要由泵壓系統貯箱質量較輕導致；球形封頭貯箱輕量化可采用增加貯箱封頭直徑的技術途徑，橢球形封頭貯箱輕量化可采用增加貯箱圓柱段長度的技術途徑；對20 t級載人登月航天器算例進行仿真分析表明，從實現系統輕量化角度出發，宜選用泵壓推進系統方案。
關鍵詞:載人月球探測；航天器；推進系統；仿真分析
1 引言
推進系統是航天器的重要組成部分，為航天器軌道機動和姿態控制提供推力和控制力矩。隨著空間探測任務的日益廣泛，推進系統在航天器中的作用以及質量占比越來越大，推進系統方案和性能的優劣顯著影響航天器設計水平和任務效益[1-3]。航天器通常選用空間應用成熟度高的液體推進系統，液體推進系統按照推進劑輸送方式主要分為擠壓推進系統和泵壓推進系統，擠壓推進系統方案因其系統簡單可靠的突出特點在航天器中應用最廣泛[4-8]。
在載人月球探測任務中，航天器為運送航天員和載荷逃逸出地球完成月球探測和返回，需要裝載大量推進劑為探測任務提供需要的速度增量。推進系統方案選擇需要考慮技術基礎、系統性能、輕量化、可靠性和安全性等因素[9-14]。本文從推進系統輕量化角度出發，建立推進系統關鍵組件設計仿真模型，研究分析航天器擠壓和泵壓推進系統質量變化規律、關鍵影響因素及其應用優勢，為載人月球探測航天器推進系統方案選擇提供支撐。
展開 中鼎智能熱系統聯手福斯共同推進浸沒式液冷技術
來源 | 哈爾濱新聞網
近日，安徽中鼎智能熱系統有限公司與福斯潤滑油（中國）有限公司在上海簽訂戰略合作協議，建立長期全面的戰略合作伙伴關系，共同推進浸沒式液冷技術，共同為數據中心、儲能、新能源汽車等應用領域開發先進熱管理解決方案。
福斯是一家源自德國的全球性集團，90多年來一直致力于研發、生產和銷售潤滑油及相關專業產品，從地下礦井到汽車、家電、航空航天等復雜的機械加工制造，福斯產品都能滿足客戶特定的需求。
作為全球潤滑專家，福斯擁有深厚的技術儲備、完善的研發體系和專業的研發團隊，而中鼎智能熱系統作為中鼎集團在熱管理方面的先鋒隊，其創新浸沒式液冷技術的應用已取得突破性進展。
此次福斯與中鼎智能熱系統的合作，將推動雙方在浸沒式液冷技術領域就產品、熱管理系統和市場應用等方面達成一系列共識，并繼續展開深入探索。
福斯中國首席執行官朱慶平表示：“福斯秉持為儲能和數據中心行業客戶提供高品質、性能卓越的浸沒式熱管理產品和一體化解決方案的承諾。中鼎智能熱系統作為我們的關鍵戰略合作伙伴，我們將繼續發揮技術優勢，與其通力合作，推動行業創新，為儲能和數據中心行業提供更高效、可靠和安全的產品和技術?！?中鼎智能熱系統總經理汪新云也表示：“儲能和數據中心的快速發展是智能化、電動化時代的必然產物，在雙碳目標的引領下，高效的浸沒式液冷系統成為主流發展趨勢。值得欣喜的是，我們在今年1月份獲得了首個儲能浸沒式液冷系統訂單，并選擇使用福斯潤滑油。同時，我們將與福斯聯合研究數據中心浸沒式液冷系統。我們對未來的發展充滿信心，并將共同努力，以實際行動落實雙方共同愿景?！?/span>
展開 水下生產系統布局方式
隨著深水油氣田開發的不斷發展，水下生產系統發揮著越來越重要的作用。水下生產系統布局是深水油氣田濕式井口開發的關鍵問題，是一個復雜的系統工程，對前期開發方案、管線布局、清管回路的設計、安裝，以及后期的維護等帶來重大影響，尤其是對整個深水油氣田的油氣生產、經濟投資、水下控制，以及安全風險等，起決定作用。工程開發方案，包括選擇適合的工程模式、水下井口的組合方式、海底管道的清管方案、水下生產系統的控制方案。
根據水下井口不同的組合方案，水下生產系統的總體布局形式分為幾種不同的情況。根據油藏模型及鉆井軌跡設計可以確定各種井型、井位和井口數量的備選方案。在水下生產系統開發中，水下井口的組合方案有以下幾種方式：
1、衛星井：用于已建設施周邊的小規模邊際油藏的開發，單個水下井口直接回接到附近水下或水面依托 設施。對于單個衛星井，可充分利用周邊已有或在建設施，將生產管道、控制臍帶纜連接到衛星井采油樹上。
2、叢式井：如果水下井口中可以集中在一起布置，開發成本常常會比相同數量但分布廣泛的衛星井要低，因為海底管道和臍帶纜的總長度較短，如果幾個衛星井距離較近，一個單獨的管匯就可以放在靠近井的位置，收集所有井的產品，通過單一的生產管道輸送到生產設備。水下井口的叢式井組合方式通常為3-8口水下井口分散地布置在中心管匯的周圍，采油樹和管匯之間通過跨接管連接。此外，叢式井管匯可以使用單根臍帶纜進行控制和藥劑分配，臍帶纜水下終端集成可以布置在叢式井管匯的周邊，也可以集成在叢井式管匯當中。管匯的井槽數越多，尺寸越大，重量越大。
3、集中式基盤：基盤是一個用于引導鉆井或其他設備的海底結構物?？芍喂軈R、立管、井口、鉆井和完井設備，還有管道連接設備的結構框架。叢式井也可以通過基盤來布置，典型的集中式基盤是將幾個水下采油樹、水下管匯及臍帶纜終端集成在基盤結構當中。
展開 超越航空選擇VerdeGo的混合動力推進系統
VerdeGo公司的首席運營官埃里克·巴奇表示：“超越航空公司采用我們的第一代混合集成分布式電力推進系統平臺，一旦這些方案確定可行，將會為完全通過電池電力驅動的城際垂直起降解決方案鋪平道路?！?巴奇表示，在安柏瑞德航空航天大學的某個研發項目中，測試飛行控制原則和推進方式的飛行器原型機正在進行試驗。在這項測試結束后，Verdego公司的一款名為“鐵鳥”的原型機也將進行相關試驗，主要在地面針對集成分布式電力推進系統進行全面測試?！拔覀儸F在處于全尺寸‘鐵鳥’研發的初級階段，目前正在籌集一輪資金，以便繼續推進項目進行。我們正在收集早期數據，用來支持驗證過程和系統的完善?！卑推姹硎尽?VerdeGo公司正計劃在活塞和渦輪發動機的基礎上發展其集成分布式電力推進版本?！氨M管在涉及更大尺寸飛行器（5-7座）時，在不考慮時間風險、綜合性能水平和成本等因素時，渦輪發動機的功率水平似乎更易滿足要求且進展更迅速。但其實我們對這兩種推進方式都很感興趣。”巴奇表示。
VerdeGo公司正選擇一個渦輪發動機系列，并以此為基礎發展IDEP-H7系統，為如Vy 400這類的5-7座飛行器應用做準備。“我們目前打算圍繞單發渦輪發動機系列進行優化，使得其可以滿足多個對IDEP-H7平臺感興趣的飛行器項目的動力需求?！彼f。
（航空工業發展研究中心 陳濟桁）
展開 尋求水下機器人ROV控制系統專家
準備做水下機器人，用于水下觀察和進行一些作業，想找幾位對ROV控制系統非常熟悉和專業的專家，有償，有意者可聯系本人。
ROV主要設計方案如下：
采用8推進器，水平4個，垂直4個，帶攝像頭和照明，帶一臺水下機械臂，通過光纖復合纜進行供電和控制。
AAM和REE Automotive共同開發新型電力推進系統 專用于電動汽車
蓋世汽車訊 5月7日，全球領先的動力傳動和金屬成型技術一級汽車供應商美國車橋制造國際控股有限公司（American Axle & Manufacturing，AAM）與以色列電動汽車公司REE Automotive（REE）宣布，將共同為電動汽車開發電動推進系統。目前，REE正在與特殊目的收購公司10X Capital Venture Acquisition Corp（10X SPAC）合并上市。
（圖片來源：AAM）
根據協議，雙方將利用AAM的系統集成功能，并重點關注降低NVH（噪聲、振動和粗糙度），從而將AAM高效輕量化的下一代電驅動單元整合至REE的高度模塊化和顛覆性的REEcornerTM技術中。其中，AMM下一代電驅動單元采用完全集成的高速電機和變頻器技術，而REEcornerTM技術可為多種商用車輛應用提供完全平坦的EV底盤。該REEcorner技術將關鍵汽車部件（如轉向、制動、懸架、動力總成和控制）集成到底盤和車輪間的區域，從而顯著提高功能和經濟優勢。電動驅動裝置研發工作將在底特律AAM的先進技術和開發中心（Advanced Technology and Development Center）進行，并計劃于2021年底交付原型。
AAM董事長兼首席執行官David C. Dauch表示：“很高興與REE合作將全新電動汽車技術推向市場。通過此次合作，AMM可以使用REEcorners電驅動技術，這一點對于AMM電動推進系統的業務發展和新產品的市場擴展而言非常重要。我們相信，與REE等先進技術公司合作將加速AAM的發展，不斷向市場提供電動解決方案。”
展開 UTC即將推出混合電推進飛行演示驗證系統
同時，計劃在3月底召開的行業會議上公開展示UTAP負責的混合電推進飛行演示驗證系統（hybrid-electricpropulsion flight demonstrator）。
據國際自動機工程師學會（SAE International）主辦的美國航空技術會議（Aerotech Americas）網站稱，“Project 804”混合電推進演示驗證系統將于3月26日至28日在美國南卡羅來納州查爾斯頓進行展出。UTC的競爭對手霍尼韋爾和賽峰集團也正在研發混合電推進系統。
UTAP創新單元負責的混合電推進飛行演示驗證系統項目
先進項目執行經理詹森·蔡（Jason Chua）表示：“UTC首席技術官（CTO）保羅·埃雷蒙科（Paul Eremenko）發起創立了UTAP，旨在協助UTC以初創公司的思考方式和行事方式，通過快速構建產品和服務的演示驗證系統，從企業內部打破傳統的業務流程”。
UTAP的理念與空客硅谷前哨公司A3的章程相似。埃雷蒙科曾為A3的第一任首席執行官，而詹森負責其中一個項目。隨后埃雷蒙科被提升為空客的首席技術官，從空客離任后成為UTC的首席技術官。
詹森認為“UTAP可以使UTC脫離傳統（航空航天）技術開發時間表，集中研發力量快速進行多學科、最小化的可行產品開發，從而使UTC能夠以更快的速度與初創公司開展競爭”。
展開 諾丁漢大學將建造飛機高速高功率電推進系統地面試驗設施
英國諾丁漢大學將開發一套設施，用于飛機高速、大功率電力推進系統的地面測試。這是歐盟潔凈天空2計劃下名為“點燃（Ignite）”的項目的一部分。該項目瞄準支線飛機電動力系統開展研究，項目周期4年、投資90萬歐元（103萬美元）。項目團隊包括諾丁漢大學電氣與電子工程學院、英國航宇技術研究所（ATI）以及意大利那不勒斯的Aeromechs公司（成立于2011年，致力于飛機電推進系統開發）。
諾丁漢大學電氣與電子工程學院助理教授楊濤表示：“該項目將展示高速、大功率發電技術，這些技術對于未來的混合動力和全電動飛機至關重要。Ignite項目實質上是為混合動力飛機建立一個發電通道。”地面測試設施將建于諾丁漢大學大赦年校區（Jubilee Campus）的航宇技術中心。
01 Ignite項目研發的試驗設施將用于電動支線飛機高速、大功率發電系統的地面試驗
“Ignite項目正著眼于利用高速旋轉機械發電，”楊濤表示，“我們正在關注的功率水平是45千瓦，在35000轉/分時過載能力達到90千瓦?！边@是一個非常高速，高功率密度的發電系統，主要針對小型支線飛機。然而，我們從中獲得的知識經驗可以擴展到更大功率水平的大型客機上。”
Aeromechs公司首席執行官貝尼亞米諾·圭達（Beniamino Guida）表示，與諾丁漢大學團隊合作研發Ignite項目有助于“提高公司在飛機電氣系統監控方面的能力提升”。Aeromechs公司曾在潔凈天空1計劃下研發了電力中心，并在ATR72多電飛機上進行了飛行驗證。
展開 便攜式船載水下跟蹤測量系統設計
近年來，海洋資源的開發力度不斷加大，同時也促進了無人智能潛器技術的快速發展，UUV、ROV等水下無人設備的應用范圍也越來越廣泛，大到海洋監測網絡的建設，小到水庫安全檢測都有水下智能無人設備活躍的身影，而水下目標定位跟蹤測量系統作為水下無人設備工作保障設備之一，其重要性不言而喻。
水下目標定位跟蹤測量系統已有多年的發展歷史，主要分為長基線系統、短基線系統和超短基線系統。這些測量系統測量原理基本相同，只是根據測量目標、應用環境以及使用條件的不同，也具有不同的機械結構和功能設計。常見的水下跟蹤測量設備專用性較強，主要根據特定用途專門設計，應用拓展較難。且國內外市場上的船載跟蹤系統大部分都需要配備相應的安裝構件，工作時都有特定要求，通用性不強。
因此，結合水下無人設備的廣闊發展前景，考慮降低其使用難度和成本，設計一種體積小、機械結構易于拆卸及安裝、便于船載使用的水下目標定位跟蹤測量系統是很有必要的。
二、水下跟蹤系統測量原理
便攜式水下目標定位跟蹤系統水平定位采用同步式球面交匯定位原理。深度測量采用脈沖間隔遙測方法，利用雙脈沖時延值調制完成水下目標的深度測量。其水平定位球面交匯方程為：
(x－xi)2＋(y－yi)2＋(z－zi)2＝c2×ti2（i＝1，2，3） ⑴
式中：（x、y、z）為所求的目標位置，單位：m；（xi、yi、zi）為已知的水聽器坐標，單位：m；c為平均聲速，單位：m/s；ti為聲信號到達各水聽器的時間，單位：s。
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