一种基于Isight平台的无轴推进器桨叶设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于Isight平台的无轴推进器桨叶设计方法，包括通过对无轴推进器的工作过程进行分析，得出与无轴推进器的性能相关性强的无轴推进器桨叶的参数；将无轴推进器桨叶的参数设为优化参数，将无轴推进器的推力以及效率最优设为优化目标；采集样本数据；基于样本数据库，选取克里格方法建立无轴推进器桨叶的参数与无轴推进器的推力及效率的关系并建立近似模型；选取多目标粒子群算法作为近似模型的优化算法；进行优化计算，得出无轴推进器桨叶的参数。本发明专利技术的基于Isight平台的无轴推进器桨叶设计方法可快速准确地得到桨叶的最优参数，不仅可以降低无轴推进器设计过程的计算和试验成本，且可以大幅减少预测时间，提高无轴推进器的设计效率。提高无轴推进器的设计效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于Isight平台的无轴推进器桨叶设计方法


[0001]本专利技术涉及船用桨叶设计的
，尤其涉及一种基于Isight平台的无轴推进器桨叶设计方法。

技术介绍

[0002]近年来随着船舶业的逐渐发展，对于船舶的推进效率以及舱内空间利用率的要求日趋提高，传统的船舶推进系统必须要提供更庞大的轴系传动部件。传统船舶推进系统的轴系系统需要穿透船体来连接螺旋桨等部件，不仅耗费了大量的舱内空间，而且增加了能量损耗，降低了推进效率。此外，复杂的轴系系统极大地增加了船在航行过程中的噪声和轴系振动，降低了船只的隐蔽性和稳定性。为改变这一现状，关于无轴推进器的构想开始出现在人们的视线中。无轴推进器得益于将电机和转子桨叶集成在一起，取消了传统的船舱推进轴系和密封系统，避免了吊舱式、全回转式等电力推进系统的复杂结构设计，不仅大幅提高了船舱的空间使用率，而且提高了推进效率。
[0003]无轴推进器作为一种新型推进器，它集结了吊舱式推进器和导管式推进器的诸多优点。无轴推进器得益于将电机转子和桨叶集成在一起，取消了传统的船舱推进轴系和密封系统，避免了传统推进系统的复杂轴系设计，在船舶设计、推进效率、减振降噪、制造及维护等方面都有诸多优势。
[0004]桨叶作为无轴推进器的核心部分，桨叶的旋转将发动机转动功率转化为桨叶的推进力。因此，桨叶的设计对船舶的推进性能有着十分重要的影响，桨叶的设计成为提高船舶推进性能的一个重要研究方向。
[0005]现有技术至少存在以下问题：
[0006]桨叶作为无轴推进器的核心部件，桨叶的设计直接影响无轴推进器的性能。传统的无轴推进器桨叶的设计过程中往往先改变桨叶的几何参数，然后利用计算流体力学软件进行数值模拟或者利用试验平台进行测试，对比修改叶型参数前后的无轴推进器的推力及力矩等性能参数，直至得出性能参数最优的桨叶。传统的无轴推进器桨叶的设计方法在预测无轴推进器性能参数时，都需要重新构造桨叶的几何模型，加工新的测试样件，不仅要花费大量的时间成本和加工样件的成本，而且自动化程度较低，桨叶设计的周期较长、效率较低。

技术实现思路

[0007]基于上述现有技术存在的不足，本专利技术所要解决的技术问题是在于提供一种基于Isight平台的无轴推进器桨叶设计方法，可以快速准确地得到桨叶的最优参数，不仅可以降低无轴推进器设计过程的计算成本、试验成本，而且可以大幅减少预测时间，提高无轴推进器的设计效率。
[0008]为了实现上述的目的，本专利技术采用以下技术措施：
[0009]一种基于Isight平台的无轴推进器桨叶设计方法，包括以下步骤：
[0010]步骤1、通过对无轴推进器的工作过程进行分析，得出与无轴推进器的性能相关性强的无轴推进器桨叶的参数；
[0011]步骤2、将无轴推进器桨叶的参数设为优化参数，将无轴推进器的推力以及效率最优设为优化目标；
[0012]步骤3、采集样本数据，在Isight平台中设置试验设计组件，同时确定无轴推进器桨叶的参数的取值范围和基准值，将无轴推进器的推力及效率设定为输出响应参数；
[0013]步骤4、基于样本数据库，选取克里格方法建立无轴推进器桨叶的参数与无轴推进器的推力及效率的关系并建立近似模型，使用Isight平台自带的误差分析模型进行近似模型的拟合度评价，验证所建立的近似模型的合理性；
[0014]步骤5、选取多目标粒子群算法作为近似模型的优化算法；
[0015]步骤6、近似模型的优化算法完成后，进行优化计算，得出无轴推进器的推力以及效率最优时，无轴推进器桨叶的参数。
[0016]优选的，在步骤1中，无轴推进器桨叶的参数包括桨叶的盘面比、桨叶的螺距比、进速系数。
[0017]进一步的，在步骤3中，将无轴推进器桨叶的盘面比、桨叶的螺距比和进速系数与其所对应的无轴推进器的最大推力和转矩的性能参数建立成数据库，再根据无轴推进器桨叶的螺距比和桨叶的盘面比、进速系数的范围，确定样本数量。
[0018]优选的，在步骤2中，使用最优拉丁超立方方法进行试验设计。
[0019]进一步的，在步骤4中，使用克里格方法构建近似模型，选择无轴推进器桨叶的螺距比和桨叶的盘面比、进速系数作为输入变量，无轴推进器的推力及效率作为输出变量。
[0020]由上，本专利技术的基于Isight平台的无轴推进器桨叶设计方法通过收集无轴推进器工作时的性能参数,分析无轴推进器的工作机理，得出与无轴推进器性能相关性强的因素。将无轴推进器的桨叶的盘面比、桨叶的螺距比、进速系数、无轴推进器转速的参数与其所对应的无轴推进器的推力和效率结果建立成数据库。基于Isight平台构建、验证近似模型，选用合适的优化算法进行优化计算，得出无轴推进器的推力以及效率最优时，无轴推进器桨叶的螺距比和桨叶的盘面比、进速系数的参数。
[0021]本专利技术的基于Isight平台的无轴推进器桨叶的设计方法可以快速准确地得到桨叶的最优参数，不仅可以降低无轴推进器设计过程的计算成本、试验成本，而且可以大幅减少预测时间，提高无轴推进器的设计效率。本专利技术的方法不仅为今后无轴推进器桨叶的优化设计提供新的思路，而且将促进Isight平台在船用桨叶设计等研究领域的运用。
附图说明
[0022]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
[0023]图1是本专利技术的基于Isight平台的无轴推进器桨叶的设计方法的流程图；
[0024]图2是本专利技术实施例中近似模型的拟合度评价的R2值(决定系数)和RMS值(均方误差)；
[0025]图3是本专利技术实施例子中多目标粒子群算法中种群数量、子群个数及进化代数等参数的设定图；
[0026]图4是本专利技术中基于Isight平台的无轴推进器桨叶的设计方法的优化结果图；
[0027]图5是通过专利技术实施例中基于Isight平台的无轴推进器桨叶的设计方法所得新桨叶与原始桨叶的效率的对比图；
[0028]图6是通过专利技术实施例中基于Isight平台的无轴推进器桨叶的设计方法所得新桨叶与原始桨叶的推力系数的对比图。
具体实施方式
[0029]如图1
‑
图6所示，本专利技术的一种基于Isight平台的无轴推进器桨叶设计方法，包括以下步骤：
[0030]步骤1：通过对无轴推进器的工作过程进行分析，得出与无轴推进器的性能相关性强的因素。分析得出与无轴推进器性能相关性强的无轴推进器桨叶的盘面比、桨叶的螺距比和进速系数。
[0031]步骤2：将无轴推进器桨叶的螺距比和桨叶的盘面比、进速系数设为优化参数，将无轴推进器的推力以及效率最优设为优化目标。考虑到全因子试验设计在样本数量较多时，会降低模型的精度，而最优拉丁超立方试验设计方法能保留比较完整的信息，并且不会降低模型计算精度。此外，相比于正交试验设计，最优拉丁超立方方法更加灵活，能在不降低样本数量的情况下，同时保本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于Isight平台的无轴推进器桨叶设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、通过对无轴推进器的工作过程进行分析，得出与无轴推进器的性能相关性强的无轴推进器桨叶的参数；步骤2、将无轴推进器桨叶的参数设为优化参数，将无轴推进器的推力以及效率最优设为优化目标；步骤3、采集样本数据，在Isight平台中设置试验设计组件，同时确定无轴推进器桨叶的参数的取值范围和基准值，将无轴推进器的推力及效率设定为输出响应参数；步骤4、基于样本数据库，选取克里格方法建立无轴推进器桨叶的参数与无轴推进器的推力及效率的关系并建立近似模型，使用Isight平台自带的误差分析模型进行近似模型的拟合度评价，验证所建立的近似模型的合理性；步骤5、选取多目标粒子群算法作为近似模型的优化算法；步骤6、近似模型的优化算法完成后，进行优化计算，得出无轴推进器的推力以及效率最优时，无轴推进器桨叶的参数。2.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：卞涛，刘亮亮，刘志文，王兵，张仕臻，冯隽，
申请(专利权)人：江汉大学，
类型：发明
国别省市：