船舶作为水上基本交通工具,是人类开发探索海洋世界不可或缺的重要组成。近年来,随着船舶吨位的不断扩大,大型船舶安全事故频发,造成了巨大的生命财产损失以及严重的海洋环境污染。这使人们对大型船舶安全可靠运行密切关注；作为船舶动力心脏的推进系统,其安全可靠状态与高效运行水平顺理成章成为关注重点,特别是关注在复杂海洋环境中波浪-船体-推进系+统三者的复杂动力学耦合问题,需要解决大型船舶的大尺度效应、多参数耦合作用以及不确定航行环境与状态对船舶推进系统影响的理论问题,并探索通过改善推进系统的自适应性和工作可靠性来提升船舶航行性能的方法。本论文以大型船舶的推进系统为研究对象,通过大型船舶船体-推进系统-外载荷耦合动力学理论研究,揭示推进系统与船体、外载荷耦合作用关系,在此基础上,提出相应的推进系统运行工况实时监测的关键技术,解决影响大型船舶推进装置安全、可靠、高效的基础理论与解决方法,为大型船舶在复杂海洋航行环境中的航行性能提升提供理论支持。本文主要研究内容和成果如下：(1)提出了大型船舶船体-推进系统-外载荷耦合动力学的基础理论和计算方法。所建立的耦合动力学理论模型综合考虑了船体与波浪,螺旋桨与波浪,船体与推进轴系,轴系与主机以及螺旋桨等各个因素间的相互耦合,并利用模态叠加方法提出了耦合系统数值解方法,通过数值模拟计算,初步系统地分析了耦合系统对推进系统动态响应的影响,探讨了模型参数对耦合系统响应的作用,总结了在船舶推进系统设计建造过程中应该遵守的一般规律。(2)为保证船舶航行的能效提升和安全可靠性,研究了船舶主机典型故障的远程监测与诊断方法。在研究船舶主机运行特征及故障特点的基础上,深入研究了船舶主机燃烧故障的远程诊断技术；在论述远程故障诊断的研究内容、研究意义与技术创新关系的基础上,提出了基于压缩感知数据存储与传输和盲源信号分离理论的船舶主机燃烧故障远程诊断方法；提出了基于Wigner双谱与核独立分量分析(KICA)相结合的故障信号关键特征提取方法,通过数值仿真与工程实践验证了所提出的诊断技术的有效性；(3)为保证船舶推进系统的高效运行,研究了推进系统优化控制方法。通过分析船舶与波浪耦合作用,提出了考虑推进模型不确定性的自适应控制方法,基于实验测试与实船测试估测了模型不确定边界,设计了参考模型自适应系统(MRAS)的自适应控制律；以长江航道局8000方挖泥船为研究对象,进行了MRAS优化控制技术数值模拟,验证了其在提高船舶推进系统控制性能方面的有效性。