汪宗彪, 田海涛, 姜淑忠, 罗 响

(1. 上海交通大学 电子信息与电气工程学院 电气工程系, 上海 200240；2. 中国舰船研究设计中心， 湖北 武汉 430064)

0 引 言

自主/遥控水下机器人(ARV)是深海探测和开发中的重要设备。电机推进器作为ARV的动力核心部件，其设计直接关系到ARV的动力性能、续航能力等技术指标。直驱式电机推进器主要由推进电机、导管和螺旋桨构成。推进电机大多采用永磁电机，其结构简单、调速范围宽、功率密度高、效率高[1]。与普通无导管螺旋桨相比，导管螺旋桨使水流定向通过螺旋桨，在载荷较重时推进效率高、推力大[2]。

由于ARV所携带的电池电能有限，在推进器设计时希望尽可能提高推进器的整体效率，在保证ARV动力性能的同时，降低能耗，提高续航能力。永磁推进电机负载运行时的效率可以达到90%以上，并且在较宽的转速范围内均能保持较高的效率，通过优化电机设计来提高推进器整体效率的空间不大。因而可以通过优化导管螺旋桨的结构设计，为已有的推进电机匹配最佳的导管螺旋桨，提高推进器的整体效率。

导管螺旋桨结构优化涉及水动力性能计算，主要有2类方法：螺旋桨环流理论方法和计算流体力学(CFD)方法。螺旋浆环流理论方法是将流体力学中的机翼理论应用于螺旋浆作用力的研究，包括升力线理论、升力面理论和面元法[3]。文献[4]采用桨升力面法与导管面元法耦合的方法来预估导管可调螺距螺旋桨水动力性能，通过迭代计算考虑桨和导管的相互影响。……