船舶工业是我国国民经济发展的重要带动性产业,是国家安全保障的核心产业,也是海洋开发的基础装备产业。随着深海石油和天然气的开发,海洋经济的迅猛发展,海洋钻井平台、半潜船、救生船、平台供应船、布缆船等海洋工程装备需求量急剧增加。船舶推进器是海洋工程装备的关键设备,高性能的海洋工程装备要求船舶推进器具有操纵灵活方便、动态拖力大、抗风浪能力强、设备故障率低、维修成本低等优点。直翼摆线推进器(Cycloidal Propeller)作为一种性能优异的船舶推进器,被广泛应用于拖船、扫雷舰艇、浮吊、动力定位等高控制要求的场合。本论文分析了直翼摆线推进器的工作原理,建立了直翼摆线推进器的控制模型,提出了基于步进电机的新型直翼摆线推进器设计方案,设计了基于步进电机的新型直翼摆线推进器控制系统,研制了新型直翼摆线推进器原型机,开发了一整套直翼摆线推进器实验系统,实验研究了基于步进电机的新型直翼摆线推进器,并验证了理论计算结果。论文的主要内容及其章节安排如下：第一章简述了直翼摆线推进器的基本概念和研究意义,概述了直翼摆线推进器在航海、航空和能源领域的应用。通过对直翼摆线推进器国内外研究现状的分析,得出了现有直翼摆线推进器存在的问题。最后结合研究命题给出了论文的主要研究内容和总体框架。第二章介绍了直翼摆线推进器的工作原理,分析了直翼摆线推进器的叶片摆动规律,建立了直翼摆线推进器的控制模型。在此基础上,得出了推进系数、扭矩系数、推进效率等推进器关键性能评价参数的理论计算公式,并理论研究了直翼摆线推进器的水动力性能。第三章总结分析了传统直翼摆线推进器的实现机构,提出了基于步进电机的新型直翼摆线推进器结构设计方案,验证了方案可行性,并研制了新型直翼摆线推进器原型机。该推进器采用步进电机精确控制叶片转角,解决了传统直翼摆线推进器机构复杂、磨损严重等问题。第四章设计了基于步进电机的新型摆线推进器控制系统总体框架。应用虚拟仪器技术,构建了控制系统的硬件环境；以直翼摆线推进器的控制模型为基础,提出了基于步进电机的新型直翼摆线推进器的控制算法,设计开发了基于步进电机的新型直翼摆线推进器的控制软件；并测试了控制系统的动态响应时间、控制误差等相关性能指标,测试结果表明该控制系统能够满足新型直翼摆线推进器的控制要求。第五章在研制的新型摆线推进器基础上,开发了一整套直翼摆线推进器实验系统,完成了实验系统安装与调试。利用该实验系统开展了基于步进电机的直翼摆线推进器实验研究,得到了新型直翼摆线推进器的水动力实验数据。以实验数据为基础分析了直翼摆线推进器的水动力性能在不同状态下的变化规律,验证了直翼摆线推进器的水动力性能理论分析结果。第六章总结了全文的研究成果,展望了今后的工作。