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【6h】

动力定位用导管螺旋桨水动力优化设计研究

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配置导管的吊舱型推进器，结合导管桨的性能优点与现代船电推进器的最新发展，应用前景十分看好。配置导管的吊舱推进器，在高速航行时，其效率会大幅下降，为此，增加可伸缩全回转结构，高速航行时，可收起主要起定位作用的推进器，以满足动力定位作业与一般航行减阻需求。基于此种考虑，振华重工在动力定位用大功率推进器设计中，都采用了可伸缩全回转导管螺旋桨型式，其驱动方式主要有电机直驱的吊舱型，以及传统齿轮传动的L型或Z型。
　　 振华重工目前的推进器水下部分的设计方法，主要为基于传统图谱法，结合CFD与实验验证的方式实现。这种设计方法，未能充分考虑导管、支柱、桨毂以及导管支架之间复杂的水动力交互作用，而实现优化设计。本文针对此类推进器的基本结构特点，基于势流理论，研究实现仅考虑导管、桨毂和桨叶的导管螺旋桨优化设计的实现方法，为更进一步，实现全面考虑导管、支柱、桨毂以及导管支架水动力影响的优化设计方法探讨可行的设计方法。
　　 首先，全面分析了推进器水动力优化问题的数学本质，将其归纳为一类多目标优化求解问题，在剖析此类问题数学模型特点，及其一般求解方法的缺陷基础上，分析多目标决策方法的基本原理，提出并证明积式决策方法的可行性，构造基于外点罚函数法的商式约束处理方法。针对积式决策约束优化模型中，目标函数复杂非线性对优化算法求解能力提出较高要求，设计并验证了所提高斯巡游粒子群优化(GaussianRoveringParticalSwarmOptimiztion，GR-PSO)算法的求解能力，为后续具体研究奠定基础。
　　 其次，就基于升力线理论的导管桨推进器初始设计，分析并在提出的积式决策优化模型框架下，通过商式外点罚函数处理，将基于升力线的导管桨设计问题，建模为一等价无约束优化问题，初步验证了所提方法的可行性。
　　 最后，基于CFD与模型敞水实验，就动力定位用导管螺旋桨在推进控制应用中，需要关注的水动力性能影响，进行了分析，提出了振华重工设计的推进器产品后续在动力定位应用中需要关注和研究的内容。

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