集成电机泵喷推进器设计及在水下机器人上的应用研究

发布时间：2017-03-19 20:09

  本文关键词：集成电机泵喷推进器设计及在水下机器人上的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水下航行器的推进系统有热动力装置和电动力两大类。与热动力推进系统相比，，电动力推进系统优势明显。在电动力的基础上，出现了集成电机推进器，减小了推进器的体积。水下航行器推进方式主要有三种，对转桨、导管桨以及喷水推进器。喷水推进方式具有效率高，抗空泡能力强、操纵性和动力定位性能好、工作平稳噪声低的优点。集成电机泵喷推进器把两者的优点结合起来，是一种新型的水下航行器推进方式。集成电机泵喷推进器已经有了一定的研究基础，大部分主要研究其在鱼雷以及潜艇上的运用，一般情况下研究的是大功率的推进器。水下机器人常用的推进方式有：电机推进器、液压推进器、喷水推进器、仿生推进器等。采用螺旋桨推进的电机推进器有体积大、易空泡等缺点，仿生推进器具有成本高等缺点。 本文将针对集成电机泵喷推进器应用于水下机器人进行研究，即设计小功率的集成电机泵喷推进器推进水下机器人，以减小机器人的推进装置的体积，提高可操纵度，提高航速，降低噪声。 本文首先讨论水下航行器阻力计算方法，绘出超小型ROV阻力曲线；在研究传统喷水推进功率匹配的基础上对集成电机泵喷推进器和水下机器人进行功率匹配方法进行研究，并以ROV为例，计算给出匹配点的参数。其次，本文对整个小型的集成电机泵喷推进器的机械部分和电气部分设计方法进行研究，根据计算得到的匹配的参数，以ROV为被推进航行体，设计集成电机泵喷推进器，其中利用轴流泵设计理论中的升力法设计推进叶轮，利用流线法设计导叶，利用解析法对集成电机泵喷推进器的电气部分进行设计，在机械结构上尽力配合推进器叶轮、导叶以及电机定子的原则和前提下，设计推进器其他机械部件，完成整个推进器的设计。再次，本文对推进器的三维建模方法进行了研究，针对叶轮和导叶型值点分散，建模工作量大的情况，研究叶轮机械投影建模的方法以减小建模的工作量，最终建立整个集成电机泵喷推进器三维模型。最后，对文章中已设计好的推进器利用CFD的方法进行数值模拟，得出推进器推进泵的扬程特性，效率特性以及功率特性曲线，并对推进器内的压力和速度场进行分析，数值模拟结果与设计推进器的预期相符。
【关键词】：集成电机泵喷推进器 功率匹配 设计 建模 数值模拟
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：U664.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 集成电机泵喷推进器发展概述11-14
• 1.1.1 集成电机泵喷推进器结构简介11-12
• 1.1.2 集成电机推进器的发展状况及优点12-13
• 1.1.3 泵喷推进器的发展状况及优点13-14
• 1.2 水下机器人推进方式概述14-16
• 1.2.1 水下机器人简介14-15
• 1.2.2 水下机器人推进系统研究现状15-16
• 1.3 本课题的研究目的和意义16-17
• 1.4 本论文的主要内容17-19
• 第二章 集成电机泵喷推进器与水下机器人功率匹配研究19-33
• 2.1 传统喷水推进理论及效率讨论19-24
• 2.1.1 推进功率及效率讨论19-21
• 2.1.2 三种喷水推进理论及表达形式21-22
• 2.1.3 主要参数的选择及影响22-24
• 2.2 推进泵的分类及效率24-26
• 2.2.1 泵的主要性能参数介绍24-26
• 2.2.2 推进泵的效率26
• 2.2.3 泵的空泡26
• 2.3 集成电机泵喷推进器与水下机器人的功率匹配26-31
• 2.3.1 水下机器人阻力计算方法27
• 2.3.2 水下机器人阻力计算实例27-29
• 2.3.3 推进器与水下机器人的功率匹配方法29-30
• 2.3.4 功率匹配计算实例30-31
• 2.4 本章小结31-33
• 第三章 集成电机泵喷推进器设计与建模33-59
• 3.1 集成电机泵喷推进器设计原理33-40
• 3.1.1 总体设计方案33
• 3.1.2 叶轮设计原理33-36
• 3.1.3 导叶设计原理36-37
• 3.1.4 电机设计原理37-40
• 3.1.5 其他部件设计原则40
• 3.2 推进叶轮设计40-48
• 3.2.1 叶轮叶片设计方法40-45
• 3.2.2 推进叶轮设计实例45-48
• 3.3 导叶的设计48-51
• 3.3.1 导叶叶片设计方法48-50
• 3.3.2 导叶设计实例50-51
• 3.4 集成电机泵喷推进器特种电机设计51-53
• 3.4.1 电机设计方案51
• 3.4.2 电机磁路计算方法51-52
• 3.4.3 推进电机设计实例52-53
• 3.5 其他机械部件的设计53-54
• 3.5.1 轴的设计53
• 3.5.2 进水导管和喷管及其他附件的设计53-54
• 3.6 推进器建模方法研究54-58
• 3.6.1 推进器三维建模方法研究54-55
• 3.6.2 叶轮及导叶的建模55-57
• 3.6.3 推进器外壳以及其他机械部件的建模及装配57-58
• 3.7 本章小结58-59
• 第四章 集成电机泵喷推进器数值模拟59-73
• 4.1 引言59-60
• 4.2 几何简化模型60
• 4.3 推进器数值模拟分析方法60-66
• 4.3.1 控制方程60-61
• 4.3.2 湍流模型61-62
• 4.3.3 离散与求解62-63
• 4.3.4 计算域选取及网格划分63-65
• 4.3.5 边界条件及求解参数设置65-66
• 4.4 计算结果及讨论66-70
• 4.4.1 计算收敛情况66-67
• 4.4.2 推进器推进泵的外特性曲线分析67-69
• 4.4.3 推进器内压力场和速度场分析69-70
• 4.5 本章小结70-73
• 结论与展望73-75
• 参考文献75-78
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果78-79
• 致谢79-80
• 附件80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 徐海军;谢海斌;张代兵;;微小型水下机器人推进方式的比较研究[J];兵工自动化;2009年04期

2 王涛,周连第,张鑫;轴对称体与导管推进器组合体的三维复杂流场的计算与分析[J];船舶力学;2003年02期

3 孙明,林焰,纪卓尚;导管螺旋桨软件设计方法[J];船舶;2000年06期

4 李锡群,王志华;电机/推进器一体化装置(IMP)介绍[J];船电技术;2003年02期

5 封锡盛,刘永宽;自治水下机器人研究开发的现状和趋势[J];高技术通讯;1999年09期

6 蔡昊鹏;苏玉民;;水下航行体推进器设计方法研究[J];哈尔滨工程大学学报;2010年04期

7 桑恩方 ,庞永杰 ,卞红雨;水下机器人技术[J];机器人技术与应用;2003年03期

8 彭学伦;水下机器人的研究现状与发展趋势[J];机器人技术与应用;2004年04期

9 任福君,张岚,王殿君,孟庆鑫;水下机器人的发展现状[J];佳木斯大学学报(自然科学版);2000年04期

10 刘承江;王永生;张志宏;王立祥;;喷水推进双级轴流泵流体动力性能CFD分析[J];计算力学学报;2009年04期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 何漫丽;水下自航行器水动力学特性数值计算与试验研究[D];天津大学;2005年

2 汤方平;喷水推进轴流泵设计及紊流数值分析[D];上海交通大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 何东林;集成电机泵喷推进器技术研究[D];西北工业大学;2005年

2 付强;基于CFD技术改善低比速疏水泵汽蚀性能的研究[D];江苏大学;2006年

  本文关键词：集成电机泵喷推进器设计及在水下机器人上的应用研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：256516