基于需求驱动的深水AUV系统外形设计

发布时间：2017-10-24 01:16

  本文关键词：基于需求驱动的深水AUV系统外形设计

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【摘要】：水下自治航行器(Autonomous Underwater Vehicle),依靠自身携带的能源,搭载不同的任务传感器在指定海域按预先设定的航线航行,来完成指定水域的测量与勘探任务。由于AUV自身携带的能源有限,因此其能源的使用效率显得格外重要,将直接决定着AUV的工作时间与航程,合理设计AUV的外形降低AUV航行时受到的阻力将有效提高AUV的能源利用率。尤其,现代电池技术尚待突破,AUV的外形优化设计,在较长时间内仍将成为AUV研究的重点。文章以实验室研制的深水AUV系统为研究对象,借助商业软件ANSYS,基于阻力最小原则进行AUV外形设计,保证AUV航行时所受到的阻力最小,以最大限度的提高AUV系统的能源利用率。同时,为保证AUV所搭载的各种声学传感器的测量精度,本文从一个新的角度——AUV湿模态分析,研究了AUV采用设计的外形时对所搭载的声学传感器工作性能的影响。通过相关海试实验验证了所得结论的正确性。文章的主要研究成果如下:首先基于阻力最小原则,借助流体软件对采用不同外形的AUV进行流体仿真计算,最终通过对比发现,拥有Myring曲线外形的AUV所受到的阻力明显小于其余外形,为最优线性。在容积相等的情况下,为减小AUV受到的阻力,应尽量增大AUV的长径比。然后对确定外形的AUV系统进行湿模态分析,研究AUV在工作过程中对各阶频率的响应情况,以此作为依据优化AUV外形及结构,避免AUV振动影响各传感器的正常工作。最后通过对相关实验结果进行对比分析,验证了仿真结果的正确性,同时也证明所设计的AUV满足使用要求。
【关键词】：水下自治航行器 外形优化 湿模态 ANSYS 仿真计算
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U674.941
【目录】：

• 中文摘要4-5
• Abstract5-11
• 字母注释表11-12
• 第一章 绪论12-21
• 1.1 引言12
• 1.2 水下机器人研究现状12-15
• 1.3 水下机器人外形优化及设计研究现状15-18
• 1.4 水下机器人湿模态研究现状18-19
• 1.5 本文研究意义19
• 1.6 本文主要研究内容19-21
• 第二章 深水AUV系统外形设计21-38
• 2.1 引言21
• 2.2 AUV阻力计算方法21-22
• 2.3 深水AUV系统外形优化22-33
• 2.4 航行速度对AUV阻力的影响33-35
• 2.5 攻角对AUV所受阻力的影响35
• 2.6 尾翼对AUV所受阻力的影响35-37
• 2.7 本章小结37-38
• 第三章 深水AUV系统湿模态分析38-51
• 3.1 引言38
• 3.2 AUV湿模态的计算原理38-42
• 3.3 AUV湿模态计算42-46
• 3.4 湿模态计算在AUV设计中的应用46-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第四章 深水AUV系统实验研究51-58
• 4.1 引言51
• 4.2 深水AUV系统渤海实验51-57
• 4.3 本章小结57-58
• 第五章 结论与展望58-60
• 5.1 结论58
• 5.2 工作展望58-60
• 参考文献60-63
• 发表论文和参加科研情况说明63-64
• 致谢64-65

【参考文献】

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本文编号：1086329