叶环电驱导管桨(Rim-Electric Driven Ducted Propeller,简称REDP)是一种将永磁无刷直流电机与导管螺旋桨相结合的新型机桨一体化推进器。电机直接驱动螺旋桨,省去了中间的传动机构,具有功率密度高、轻量化、结构紧凑、集成度高、应用范围广等显著特点,因此有着广阔的市场前景。本文提出了叶环电驱导管桨一体化设计方法,对叶环电驱导管桨整体结构、电机参数、实验方案等进行了设计,对齿槽转矩进行了优化研究,对叶环电驱导管桨样机进行了实验验证。实验结果表明设计的样机能够满足设计要求,一体化设计方法能够用于指导叶环电驱导管桨的设计,为下一步深入研究集成电机推进器提供了一定的理论与实验参考。具体研究内容如下:(1)提出了叶环电驱导管桨一体化设计方法,包括桨叶与叶环设计、电机设计以及整体结构设计方法。以Ka4-50系列导管桨的桨叶为基准桨叶,利用坐标变换法实现螺旋桨翼型转换与加密处理,得到了三维翼型数据,利用三维作图软件完成桨叶与叶环建模。利用等效磁路与电路法对永磁无刷直流驱动电机进行了详细的初步设计。对有无轮轴两种叶环电驱桨进行了整体结构设计与性能对比,试制了36槽/24极的电机,通电运行发现其磁阻转矩较大,初步分析其来源于齿槽转矩。(2)为了探究驱动电机齿槽转矩的影响因素,采用优化设计方法与计算机辅助优化的方法分析了不同的槽级数组合、齿槽形状、极弧系数等对齿槽转矩及电机性能的影响。结果表明,分数槽电机在降低齿槽转矩方面优势明显,得到了电机最佳槽级数组合为36槽/26极、齿槽形状为开口槽、极弧系数为0.6。(3)利用有限元法对最终的电机进行了性能分析,得到了不同工况下驱动电机的性能参数,验证了电机设计的合理性。考虑到端部绕组的影响,利用Simpolorer软件对驱动电机进行了场路耦合分析,结果表明,端部绕组简化对有限元分析结果影响较小,同时,场路耦合分析也为进一步的驱动控制方案设计奠定了基础。(4)针对现有的敞水动力仪难以测量叶环电驱导管桨的推力与扭矩问题,设计加工了一种测量的测力装置与实验方法,其原理是利用外力使结构产生微应变来间接得到推力和扭矩。敞水实验内容包括测量不同进速下的推力、扭矩,得到叶环电驱导管桨的相关特性曲线。实验结果表明测得的叶环电驱导管桨不同转速对应的推力无量纲化后比较一致,证明了叶环电驱导管桨不会对原导管桨性能产生过大的影响,进一步验证了样机设计的合理性。