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轮缘推进器电机与水力部件性能协同优化方法研究
| 论文题名： | 轮缘推进器电机与水力部件性能协同优化方法研究 |
| 关键词： | 轮缘推进器;永磁电机;水力部件;协同优化;水动力性能 |
| 摘要： | 近年来，轮缘推进器（Rim-Driven Thruster，简称RDT）作为一种新型电机推进器，其性能的优化设计始终是一个研究热点。由于RDT结构的特殊性，其性能研究通常只针对其中一个部件进行设计，如水力部件的水动力性能优化、电机的电磁场性能优化等，但轮缘推进电机与水力部件之间存在相互抑制的关系，只优化其中一个部件无法使整个推进器的性能达到最优，从而出现性能不协同的问题。为此，本文创新的提出一种轮缘推进器的协同优化方法，基于仿真方法建立轮缘推进器电机与水力部件数值模型，研究了协同优化算法，对比分析了电机与水力部件单独优化与协同优化结果，为解决轮缘推进器整体优化设计提供了一种思路，具体工作内容如下： （1）研究了水力部件水动力性能和电机磁场性能的仿真分析方法。利用有试验数值的No.19A+Ka4-70有毂导管桨模型，验证了ANSYS-Fluent仿真分析的准确性及有效性；采用1kW永磁电机，对不同转速下的电机反电动势值、磁场分析和瞬态磁场进行分析，验证了Ansoft Maxwell仿真方法的精确性。 （2）建立了轮缘推进电机的设计模型。针对RDT的电机与普通电机的结构的区别，以5.5kW的轮缘推进电机为研究对象，采用Ansoft Maxwell有限元仿真法研究了推进电机护套的涡流损耗以及间隙冷却水对电机性能的影响规律，完成了电机设计模型修正。 （3）建立了轮缘推进器水力部件的设计模型。分析RDT螺旋桨与普通螺旋桨的区别，以5.5kW的RDT的水力部件为研究对象，采用ANSYS-Fluent有限元仿真方法，研究了轮缘推进器水动力特性和间隙流道的摩擦功耗，并基于MATLAB的数值拟合方法将仿真值与普通螺旋桨的试验值进行拟合，完成了水力部件的设计模型的修正。 （4）研究了轮缘推进器电机与水力部件的多目标协同优化方法。对比分析了粒子群算法和遗传算法优化，确定选用粒子群算法。以5.5kW RDT为例，先是在电机和水力部件尺寸不受彼此约束的情况下，分别进行电机和水力部件单独优化，分析了RDT的电机与水力部件之间相互制约的关系；后考虑电机与水力部件之间的约束关系进行单独优化和协同优化，并对优化的结果进行对比分析，凸显了协同优化的快捷性和重要性。 |
| 作者： | 蒋寒 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 盛晨兴 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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