【摘要】：带缆遥控水下机器人(ROV)作为应用最广泛的潜航器,是近年来学术研究的热点之一。它分为观察级和作业级。观察级ROV具有结构小巧、操纵灵活、经济性好等优点,可以代替潜水员进入危险环境或深水环境工作,完成对港口码头、海洋结构物、海底地形等的观察监视任务,在民用工程和军事领域均展示了诱人的应用前景。本文完成了一种新型观察级ROV的方案设计与样机制作,其可在水下进行多自由度灵活运动,并基于三维建模软件SolidWorks、计算流体力学软件Fine/Marine、ROV本体多自由度运动数学模型、ROV样机制作与水池、外场实验等研究方法开展了自主航行模式下水下机器人的操纵性能数值预报:完成了观察级ROV的三维建模;初步探究了其水动力性能,并基于滑移网格理论完成了ROV本体-多桨耦合系统的自航性能数值仿真预报;根据设计方案完成了ROV实体样机组装;开展了开阔水域中ROV航行功能试验和探测功能试验。主要研究内容包括:基于模块化设计思想确定ROV系统设计方案,完成了ROV本体各功能模块的材料选择、结构设计及关键设备选型,并根据浮心和重心平衡准则验证了其静稳性能;基于有限元方法校核了耐压舱体与框架结构不同工况下的结构强度。最终完成了ROV各功能模块三维建模及样机的虚拟装配。基于CFD数值计算方法完成了观察级ROV水下本体和脐带缆在不同航速下的多自由度水动力性能数值模拟,并总结了不同水深和航速下脐带缆对ROV本体的动力学影响;采用Fine/Marine软件滑移网格求解技术,对T200型导管螺旋桨的敞水性能进行数值计算,给出了T200型导管桨的敞水性能曲线,并探究了导管桨桨叶压力分布及导管推力机理。建立了观察级ROV本体-多桨耦合系统多自由度运动数学模型。基于滑移网格传递多计算域流场数据方法对ROV本体直航、下潜等自由度运动过程中本体与多桨全耦合运动等动力学问题进行了数值计算,开展了自主航行模式下观察级ROV的操纵性能数值预报研究,验证了这一更接近实际状况的多推进器ROV运动数值预报方法的可行性。根据ROV系统及水下本体结构设计方案选取最优制作工艺,通过机械加工等手段完成零部件的生产制造和装配;完成ROV系统各功能模块、整体样机的组装和并进行调试。最后开展了水池试航和外场开阔水域航行试验。结果表明其航行、观测功能满足设计要求。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U674.941
【参考文献】
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2653900
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