摆翼式波浪能发电海洋航行器的推进性能及其优化研究

发布时间：2020-05-27 22:49

【摘要】：小型海洋航行器日益发挥着巨大的作用,而能源问题始终是制约其航程的重要瓶颈。摆翼式波浪能发电海洋航行器是在普通航行器的基础上改造而来,其不同之处就在于它的两侧有两个用来发电的摆翼。外加摆翼改变了其阻力,需要具体研究不同速度下的阻力大小,而阻力与推进性能密切相关,良好的推进系统可以起到节约能源,增大续航力的效果。此外,推进形式的选择也至关重要,在相同的功率下以更高的推力和效率航行也是小型海洋航行器重要的发展方向。针对这些问题,以摆翼式波浪能发电海洋航行器的阻力研究为切入点,选择对转螺旋桨推进并对其推进性能进行了优化研究。主要研究工作如下:(1)针对摆翼式波浪能发电海洋航行器的阻力计算问题,选择计算流体力学(CFD)方法来计算。根据航行器的实际尺寸参数,利用SolidWorks建立航行器的三维模型,然后利用ANSYS ICEM和Fluent进行仿真计算,得到不同航速下的阻力。为了确定仿真计算的准确性,利用1957 ITTC经验公式计算出摩擦阻力的理论值并与数值计算值比较,在此基础上进行推进系统的初步设计。(2)推进形式的选择方面,选择对转螺旋桨推进,首先根据阻力计算结果选择MAU型螺旋桨进行单桨的初步设计,其次根据初步设计得到的参数进行建模和仿真计算,分析计算结果并与设计要求比较,对初步设计的参数进行调整。然后对参数调整后的模型进行仿真计算,来验证设计的合理性。仿真计算选择三种不同的湍流模型,并将计算结果与MAU型螺旋桨的图谱比较,作出三种模型的敞水曲线图,来确定误差大小并进行分析。分析表明,SSTk-ω模型的误差最小,因此后续的计算都采用该模型作为最佳模型。(3)对转螺旋桨的设计参数优化研究。首先根据要研究的参数建立不同的模型,然后利用前面得到的最佳模型即SST k-ω模型进行水动力计算,通过对比各模型的推力和效率等,得到最优模型,从而得到最佳设计参数。建立等效单桨模型,在相同的功率系数下,对等效单桨和对转桨的效率进行比较。结果表明,对转桨在提高推进效率方面具有明显的优势。
【图文】：

REMUS系列

图 1-7 SV 系列波浪能滑翔机及其推进原理表 1-1 SV 系列波浪能滑翔机基本参数Liquid Robotics SV 系列 Wave Glider SV2 Wave Glider SV3绳缆 6 m 4 m尺寸水面母船：210cm×60 cm水下牵引机：40cm×191cm水翼宽：107 cm水面母船：290×67 cm水下牵引机：21×190 cm水翼宽：143 cm重量 90 kg 122 kg航速1 级海况：0.25 m/s4 级海况：0.67 m/s1 级海况：0.51 m/s4 级海况：0.87 m/s水面母船的负载能力 18 kg 45 kg除美国外，其他国家也对 AUV 进行了深入研究。日本东京大学在 1992 年成功研发出 ALBAC 并进行了测试，，由于没有浮力驱动系统，只能做剖面滑翔运动。日本的九州大学研制的 BOOMERANG 和 LUNA 是一种蝶形的 AUV，它通
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U664.14

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 杨志维;王小春;刘春;甘文兵;;水下无人航行器壳体抗毁伤性能的数值仿真研究[J];机械制造;2019年03期

2 冯金富;胡俊华;齐铎;;水空跨介质航行器发展需求及其关键技术[J];空军工程大学学报(自然科学版);2019年03期

3 杨健;冯金富;齐铎;马宗成;张强;;水空介质跨越航行器的发展与应用及其关键技术[J];飞航导弹;2017年12期

4 代威;张雯;张沥;解春雷;惠俊鹏;;国外海洋无人航行器的发展现状及趋势[J];兵器装备工程学报;2018年07期

5 张礼华;刘芳华;楼飞;卢道华;王佳;;单体式无人航行器的设计、实验及优化[J];中国造船;2016年04期

6 陈强;;水下无人搜探系统装备使用模式分析[J];舰船科学技术;2017年01期

7 赵龙龙;;水下无人航行器声学系统实收实发声隔离度分析研究[J];声学技术;2017年03期

8 余宗金;冯金富;胡俊华;魏永民;;水空跨越航行器出水运动建模[J];计算机仿真;2015年11期

9 赵威;王程成;;复杂涌流下水下自主航行器横滚抑制控制仿真[J];智能计算机与应用;2016年03期

10 屠晶萍;;中小型无人水域航行器的营销策略[J];管理观察;2016年16期

相关会议论文 前10条

1 朱秋晨;唐国元;;水下航行器搭载装置的工作空间分析[A];第九届武汉地区船舶与海洋工程研究生学术论坛论文集[C];2016年

2 李泽宇;刘卫东;申高展;岳丽娜;;水下航行器空间机动滑模变结构控制仿真[A];2015’中国西部声学学术交流会论文集[C];2015年

3 李佳jf;陈强;;UUV基于海洋温度变化的搜索效率问题[A];第九届武汉地区船舶与海洋工程研究生学术论坛论文集[C];2016年

4 蔡龙飞;王志强;;水下航行器艏部腔体噪声特征分析[A];第十三届船舶水下噪声学术讨论会论文集[C];2011年

5 贾力平;康顺;;基于FINE/Marine的水面高速航行器的水动力数值模拟[A];第二十三届全国水动力学研讨会暨第十届全国水动力学学术会议文集[C];2011年

6 朱文祖;崔海英;李落;;一种利用ICCP的水下地磁导航方法[A];2014’中国西部声学学术交流会论文集[C];2014年

7 王惠刚;程翠香;;多普勒和方位的联合估计[A];中国声学学会2005年青年学术会议[CYCA'05]论文集[C];2005年

8 卢元磊;蒲勇;;潜载UUV的作战使用分析[A];2014第二届中国指挥控制大会论文集（上）[C];2014年

9 周春凯;;水下无人航行器多物理场探测与数据融合方法[A];2018年水下无人系统技术高峰论坛论文集[C];2018年

10 凌国民;;水下信息感知的无人化[A];中国造船工程学会电子技术学术委员会——2012年水下复杂战场环境目标识别与对抗及仿真技术学术交流论文集[C];2012年

相关重要报纸文章 前10条

1 孙滨生;澳科学家设计革命性航行器[N];中国航空报;2004年

2 袁亚新;法制成新型水下航行器[N];科技日报;2001年

3 朱在明;大型水下无人航行器受青睐[N];解放军报;2003年

4 唐晓伟 冯雷峗;全国海洋航行器 设计与制作大赛落幕[N];中国船舶报;2013年

5 王琳 谢凌燕 孙晨飞;全国海洋航行器设计制作大赛举行[N];镇江日报;2016年

6 记者 吕扬 实习生 王茜;西工大研制出微小型水下自主航行器[N];陕西日报;2016年

7 章节;外媒热衷拼比中美俄尖端武器[N];中国国防报;2014年

8 本报记者 黎静;“合肥造”机器人就是这么牛![N];合肥晚报;2016年

9 统筹 胡良光 记者 潘晓晨 陈晓 曹丹龄;穿“动力外衣” 秒变超人[N];南方日报;2016年

10 李同敬 高东广;新型无人潜航器受青睐[N];解放军报;2012年

相关博士学位论文 前10条

1 吴迪;分布式多水下无人航行器搜捕任务协调方法研究[D];哈尔滨工程大学;2015年

2 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

3 侯巍;具有着陆坐底功能的水下自航行器系统控制与试验研究[D];天津大学;2006年

4 温秉权;小型浅水域水下自航行器系统设计与试验研究[D];天津大学;2005年

5 刘潮东;水下信号处理与航行器路径规划方法[D];西北工业大学;2006年

6 张宏伟;可着陆水下自航行器系统设计与动力学行为研究[D];天津大学;2007年

7 王建;多学科优化设计在水下无人航行器设计中的应用研究[D];哈尔滨工程大学;2016年

8 王芳;过驱动水面航行器的控制分配技术研究[D];哈尔滨工程大学;2012年

9 王昊;基于自适应动态面控制的自主海洋航行器协同路径跟踪[D];大连海事大学;2014年

10 王晓鸣;混合驱动水下自航行器动力学行为与控制策略研究[D];天津大学;2009年

相关硕士学位论文 前10条

1 孙承亮;摆翼式波浪能发电海洋航行器的推进性能及其优化研究[D];武汉理工大学;2018年

2 王华宇;面向深海移动平台接驳技术的机器视觉末端导航系统研究[D];浙江大学;2014年

3 徐泽斌;基于视觉的AUV控制系统设计与研究[D];哈尔滨工业大学;2018年

4 耿君毅;水下无人航行器矢量推进系统设计与分析[D];国防科学技术大学;2016年

5 孙涛;小型海洋航行器摆翼式波浪能发电技术研究[D];武汉理工大学;2017年

6 柴煜奇;自主航行器序列学习模糊控制算法的研究[D];合肥工业大学;2018年

7 朱秋晨;水下航行器对接系统及其运动控制研究[D];华中科技大学;2017年

8 丁颖;全国海洋航行器设计与制作大赛智能航行比赛系统研制[D];江苏科技大学;2018年

9 熊恒;基于POWERLINK工业以太网的水下航行器监控系统设计[D];华中科技大学;2016年

10 邱牧言;水下无人航行器快速航路规划方法研究[D];华中科技大学;2015年

本文编号：2684266