基于改进SPBO算法的水下推进永磁同步电机参数辨识

精确的永磁同步电机(permanent magnet synchronous motor,PMSM)模型是集成电机水下推进器恒转矩控制的关键。为了提高水下推进PMSM参数辨识的精度,提出一种融合Tent映射与t分布变异策略的改进学生心理优化算法辨识水下推进PMSM参数。该算法在标准学生心理优化算法的基础上,引入Tent映射策略增加初始种群多样性,引入t分布变异策略平衡算法的前期与后期搜索能力,提高了算法的收敛速度和收敛精度。仿真和实验结果表明:该算法的辨识误差可达1%以内,且具有更快的收敛速度和更好的辨识稳定性。

新型叶剖面设计及叶剖面参数对空泡特性影响的研究──(1)新型叶剖面设计

本文是新型叶剖面设计及叶剖面参数时空泡特性影响的研究的第一部分：新型叶剖面设计。基于Eppler的机翼叶剖面设计理论给出了一种新的螺旋桨叶剖面设计方法。新的设计方法是利用预先给定拱度和厚度分布而不是攻角分布来设计叶剖面，从而在叶剖面的设计过程中可以控制叶剖面的最大厚度和拱度。这样，新的设计方法可以根据螺旋桨在各个半径上的最大厚度和拱度及水动力特性的要求设计各个半径上的叶剖面，为系统地研究叶剖面参数对其空泡特性的影响提供了一种有效工具，并为螺旋桨和叶剖面的同步优化设计打下基础。

基于阻力图谱的船舶快速性教学系统开发

以V形高速艇为研究对象,在船长固定基础上,改变船宽(3组)、斜升角(3组)、排水量(3组)和静倾角(2组),得到54组不同工况,选择合适缩尺比加工模型,完成船模阻力试验并按照二因次换算法得到实船有效功率,通过线型插值得到以该艇为母型船的阻力图谱。学生自主输入船型参数后通过阻力图谱获取有效功率,输入推力减额、伴流分数、相对旋转效率、传动效率等参数,选定主机功率和额定转速后预估设计航速并完成螺旋桨设计,得到螺旋桨直径、盘面比和螺距比等参数。以VB语言为工具对AutoCAD进行二次开发,完成螺旋桨叶剖面参数表和桨叶轮廓形状图绘制。该基于阻力图谱的船舶快速性教学系统将阻力性能、推进性能、船机桨匹配等知识点有机融合,作为课堂教学的辅助软件,可促进学生对船舶设计知识体系的理解,提升学生的思考能力和创新能力。

翼柱型装药发动机结构CAD──参数化绘制工程图

针对翼柱型药柱固体火箭发动机的结构设计，引入参数化设计方法，把发动机结构的17个关键尺寸定义为可变参数，通过人机交互输入具体的数值，自动完成发动机燃烧室、药柱、喷管等部件的一系列零件图，最终绘制发动机的总体结构图纸。

C系列螺旋桨图谱在舰船运动仿真中的应用

为探索C系列螺旋桨图谱在舰船运动仿真中的应用,提升变螺距螺旋桨舰船运动仿真效果,采用傅里叶级数拟合螺旋桨图谱,改进推力和扭矩系数的螺旋桨推力模型,建立变螺距螺旋桨船舶三自由度运动数学模型。对一艘变螺距船舶进行运动仿真。仿真结果表明,C系列螺旋桨拟合图谱与原图谱吻合度良好。仿真结果与实船试验数据进行比对,误差较小。

B型图谱桨参数化建模与水动力分析

螺旋桨是水下设备推进系统中的核心零件,图谱桨是螺旋桨中的一种,其下又细分为B型、Ka型、AU型、MAU型等。其中,B型图谱桨的桨叶截面形状为翼型,相对其他桨型效率较高。在对经典的图谱和B型图谱桨参数进行研究比较后,基于Prop Cad对B型图谱桨进行优化设计,导入Solid Works生成三维模型实现参数化建模,模型是盘面比为35%的三叶B型图谱桨。通过ICEM CFD对三维模型进行网格划分,网格分为流动域和旋转域2部分。在Fluent中利用MRF模型进行数值仿真计算,模型设置为RNGk-epsilon模型,将仿真计算的结果与螺旋桨水下实际应用效果进行对比,结果显示仿真结果与实际效果一致,证明了该建模方法的准确性和可靠性,同时也证明了该螺旋桨实际应用时水动力性能的优越性。

基于径向点插值方法的柔性螺旋桨气动弹性模拟

为研究柔性螺旋桨的气动弹性效应和推进性能,以成熟的计算流体力学和计算固体力学软件为平台,建立径向点插值方法(RPIM)以完成网格节点的位移传递,由虚位移原理辅助完成载荷传递的螺旋桨气动弹性分析框架.该方法可以避免生成奇异的插值矩阵,具有数值稳定性,适用于任意分布的节点,且能保证在数据传递过程中不发生能量损耗.流场网格更新通过Delaunay映射方法实现.研究结果表明:在所设置的工况中,桨叶沿来流方向的最大变形量可达桨叶半径的9.4%,旋转平面内的变形量约为来流方向上的52.1%;变形会使螺旋桨的迎风面受到更大的正压力,进而导致柔性螺旋桨产生比刚性螺旋桨更高的推力和扭矩,其最大改变量分别为7.2%和9.9%;气动弹性效应基本不会对推进效率产生影响.综上,在螺旋桨处于大推力、低速工况下时,气动弹性效应对推进性能有较大的影响,能够在基本维持原有效率不变的情况下提高推力.

基于动力定位应用的直翼桨模拟器开发

直翼桨能够在不改变转速的情况下实现推力大小和方向无极可调,因而被广泛应用于高动力定位控制要求的场合。然而配套的直翼桨装置往往都是引进设备,供货周期长,因此在船舶设计阶段,一般并不具备动力定位控制装置与直翼桨实物联调的条件。直翼桨模拟器的开发可弥补这一缺陷。文章以直翼桨水动力性能研究为基础,通过映射关系实现推力矢量与控制点信息之间的解算,模拟直翼桨的工作性能,从而为接口调试、协同控制算法验证及优化设计提供条件。