基于科恩达效应的水下无桨叶推进器的实验与研究
作者：裴雷 沈宇 谭玉箭
来源：《科学导报·学术》2019年第13期

        摘 要：基于科恩达效应的水下无桨推进器的研究在水下机器人和船舶领域是一种全新的技术，在能够很好地提高推进器推进能量转化效率的基础上，为同类水下推进器中的首创。本文以克服传统螺旋桨推进器噪音大，效率不高，产生空泡，易被缠绕等缺点为目的，利用科恩达效应，设计了一套结构简单、运行平稳、容易控制的水下无桨推进器方案，通过建立运动坐标系，利用solidworks软件建立三维模型进行分析，仿真模拟，结合ANSYS、FLUENT流体分析等技术进行研究分析。

        关键词：水下机器人；科恩达效应；无桨推进；建模分析；仿真分析；样机实验

        1 水下机器人的背景：

        水下推进器种类繁多，按照原理不同，有普通螺旋桨，导管螺旋桨。普通的螺旋桨可分为定距螺旋桨、可调螺距螺旋桨和对转螺旋桨。定距螺旋桨：即固定螺距的螺旋桨。其结构简单，耐用，维护简单，但其螺距不可的变，只有在某特定转速时，效率最高。可调螺距螺旋桨：即螺距可调节的螺旋桨。其能根据航速而改变，但其结构复杂，造价昂贵，维护不变。对转螺旋桨：即在同一转轴上安装前后两只转向相反的螺旋桨。其能提高推进效率，但是结构复杂材料受限。导管螺旋桨：通过在普通螺旋桨外缘加装一机翼型截面的圆形导管而成。导管可提高螺旋桨的推进效率，但导管与船体之间要做固体连接，导管内壁和螺旋桨叶梢间隙很小，水草杂物易进入。此外，螺旋桨推进器不仅运行噪音大、能量转换效率低，还造成了很多负面影响，如卷入水生物等，容易伤人及水中生物，严重破环了水下环境，且螺旋桨推进器被水草等水生物缠绕后停止运行，其动力装置的维修和替换也给相关企业带来了高昂的成本支出，降低了企业利润。除此之外，目前多数水下机器人均附有缆绳，而缆绳极易缠绕，且水下无法实现电磁波通信和远距离作业。

基于科恩达效应的水下无桨叶推进器的实验与研究