波浪推进艇的运动和航速预测

发布时间：2020-08-01 08:35

【摘要】：将无人技术和绿色清洁能源运用到艇体上是一个新型的研究方向,近年来无人艇在海洋环境观测方面备受青睐,无人艇的应用不再局限于军事领域。本文在当今技术发展和能源革命背景下设计了多种形式清洁能源下的波浪推进艇。该艇是一艘结合了无人技术、波浪能和太阳能的新型多功能无人观测平台,航向由控制器控制,太阳能主要提供控制艇载设备所需能源,在波浪中航行时其前进的动力则通过吸收波浪能提供,其速度很大程度上依赖于海洋环境。因此波浪推进艇摇荡运动和推进速度能否达到适用性是一个值得关注的问题,本文主要内容如下:1)本文研究的含固定水平翼之波浪推进艇采用波浪推进和螺旋桨推进两种驱动方式,在布放时采用螺旋桨推进方式离开风平浪静的码头水域,到达具有波浪的海域后采用波浪推进的方式开展海洋环境观测工作。2)无人艇在静水中航行时采用螺旋桨推进,通过船模阻力试验对水翼抬离水面和水翼保持在水下两种方案分别进行了静水阻力预报。对静水中航行、螺旋桨推进状态下的最大可达航速进行了预测,包括水翼抬离水面方案和水翼固定在水下方案。根据所得结果,并考虑到波浪推进艇对航速要求不高以及增设水翼升降设备会增加系统的重量和复杂度,在静水中螺旋桨推进时采用水翼保持在水下的方案。3)对安装不同弦长固定水平翼的波浪推进艇进行了一定周期和波高范围内的自主航行模型试验,分析和预测波浪推进艇在纯波浪推进状态下的运动响应以及航速。结果表明波浪中摇荡翼能够产生一定的推力使无人艇实现低速自主航行。4)采用三维面元法计算了不考虑水翼环量引起的升力作用时的运动响应,并通过与纯波浪推进工况下的试验结果进行比较,分析水翼环量引起的升力对波浪推进艇运动响应的影响。结果表明水翼环量引起的升力作用对波浪推进艇的垂荡和纵摇运动响应起到阻尼作用,是不可忽略的。波浪推进艇主要依靠波浪能实现低速航行,具备优越的续航力,此外螺旋桨辅助推进提高了灵活性和机动性。本文对波浪推进艇的运动和航速进行预测具有一定的意义。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U674.94;U661
【图文】：

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无人水面艇（unmanned surface vessel，简称 USV），最早的主要用途是用来清除水雷和障碍物，其应用历史可追溯到上个世纪二战时期，但是由于技术上的限制，之后的几十年中一直没有取得显著的进步。得益于智能控制以及导航技术的发展，二十世纪九十年代后，通过配备先进的通信系统、控制和传感器系统以及武器系统，USV 可以执行侦察、探测、导航、搜救、水文地理勘察和反潜作战等任务[4]。相对于有人水面艇来说，无人水面艇在机动灵活性、隐蔽性以及使用成本和活动区域方面更具优势。美国和以色列在无人水面艇的研发和使用领域方面，一直处于领先地位[5]，他们的部分无人艇型号装备了部队。美国目前正在服役的无人水面艇主要有“遥控猎雷系统”、“海狐”和著名的无人水面艇“斯巴达侦察兵”[6]。其中“斯巴达侦察兵”研制计划于2002 年 5 月启动[7]，动用了军事部门及企业联合的科研力量，拥有许多项世界顶尖技术。图 1-1 即为“斯巴达侦察兵”无人舰艇，具有侦察情报、反潜战等多种作战能力，最大航速可达 50kn，参加战斗的时候可以通过空降的方式或由其他水面舰艇投放到作战区域，图 1-2 为其作战原理图。

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图 1-3 “保护者”无人水面艇正在巡逻、英国和日本等国家也在积极推进研制无人水面艇[10]。英国“卫兵”、“黑鱼”等，其中当属“卫兵”最具代表性，最进的喷水推进设计和隐身技术；出自德国的“哨兵”采用性；日本研制的 0T-91 及 UMV-H（高速型）在高危恶劣的军事任务。军事领域的水面无人艇对速度以及装载的要求都极高，而在、持续性要求高的海洋监测任务，不必要的高航速以及庞大。近年来，低速的小无人艇依然备受青睐。图 1-4 为美国研e Grider）”无人驾驶船，它于 2011 年 11 月开启了横渡太平用领域的新纪元[11]。

【参考文献】