水下拖曳系统水动力性能分析

发布时间：2017-03-31 08:11

  本文关键词：水下拖曳系统水动力性能分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水下拖曳体是一种广泛应用于海洋监测的水下环境动态监测系统，它在海洋、湖泊和内河水下环境监测以及水工结构检查、海洋资源调查等方面有着特殊的用途。拖曳体内搭载的水下环境监测传感器的工作性质要求拖曳体工作时姿态稳定，并且具有快速灵活的姿态和深度调节与控制能力，据此课题组成员提出了两种水下拖曳体方案模型。 本文将水下拖曳体、缆绳以及控制机构的动力因素作为一个整体，考虑它们之间的相互影响，建立完整的多自由度可控制水下拖曳系统的水动力数学模型，并根据此数学模型对两种水下拖曳体设计模型进行水动力响应数值计算。 首先，提出并建立了水下拖曳系统的水动力数学模型。在该数学模型中，缆绳的控制方程由Ablow and Schechter模型给出，拖曳体的运动控制方程采用Gertler and Hagen提出后经Abkowitz改进的水下运载器六自由度方程来描述水下拖曳体的运动状态，通过对拖曳缆绳和拖曳体的控制方程在连接点处进行边界条件耦合从而构成整个水下拖曳系统的水动力数学模型。 其次，构建两种方案模型的可计算几何模型，并对本文涉及的Fluent软件的一些关键技术、Fortran程序的一些关键处理和两者的混编技术进行说明解释，为后面的计算做准备。 再次，对水下拖曳体的主要控制机构——导管螺旋桨进行数值模拟。分别对敞水试验、单独导管螺旋桨首摇运动、带拖曳体主体首摇运动进行数值模拟对比，得到拖曳体主体对导管螺旋桨流场的影响，为后面整个系统的计算打下良好的基础和铺垫。 最后，利用前面建立的水下拖曳系统的水动力数学模型，对两个设计模型进行水动力响应数值计算。通过合理的操纵控制机构——迫沉水翼、转向舵、导管螺旋桨对拖曳体的深度和姿态进行调节控制，并且计算出这些控制动作下整个水下拖曳系统的水动力响应。
【关键词】：水下拖曳体 水动力数值模型 控制机构 导管螺旋桨
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U661.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 水下拖曳系统的介绍11-14
• 1.2 水下拖曳系统的水动力和控制技术研究现状14-19
• 1.2.1 拖缆水动力研究15-17
• 1.2.2 拖曳体水动力基础研究17-18
• 1.2.3 水下拖曳系统的控制技术研究18-19
• 1.3 论文的研究意义19
• 1.4 论文的主要工作19-21
• 第二章 水下拖曳系统的水动力数学模型21-32
• 2.1 系统坐标系的建立及坐标转换21-23
• 2.2 水下拖曳系统的运动方程23-26
• 2.2.1 缆绳的运动控制方程23-24
• 2.2.2 拖曳体主体的运动方程24-25
• 2.2.3 边界条件25-26
• 2.3 系统运动方程中的外力和外力矩26-28
• 2.3.1 静态回复力26-27
• 2.3.2 缆绳的张力27
• 2.3.3 拖曳体受到的水动力27-28
• 2.3.4 控制机构产生的控制力28
• 2.4 水下拖曳系统模型的数值解28-30
• 2.5 本章小结30-32
• 第三章 几何模型的构建和数值计算32-46
• 3.1 两种方案的设计模型32-34
• 3.2 几何模型的构建34-37
• 3.3 Fluent、Fortran 的混编37-38
• 3.4 Fluent 计算38-42
• 3.4.1 湍流模型38-39
• 3.4.2 动网格模型39-41
• 3.4.3 滑移网格模型41-42
• 3.5 Fortran 计算42-45
• 3.6 本章小结45-46
• 第四章 导管螺旋桨水动力性能数值模拟46-58
• 4.1 导管螺旋桨敞水试验模拟46-54
• 4.1.1 计算域的建立46-47
• 4.1.2 网格的划分和边界条件的设定47-49
• 4.1.3 导管螺旋桨敞水性能曲线49-50
• 4.1.4 后处理分析50-52
• 4.1.5 导管螺旋桨的优点52-54
• 4.2 双导管螺旋桨首摇运动54
• 4.3 拖曳体主体对导管螺旋桨推进性能的影响54-56
• 4.4 首摇运动中推力转换成转速56-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第五章 水下拖曳系统水动力性能数值模拟58-76
• 5.1 计算域的建立和边界条件的设置58-61
• 5.2 稳态计算61-63
• 5.3 方案一的水动力响应计算63-69
• 5.3.1 迫沉水翼单独作用下的运动响应64-66
• 5.3.2 转向舵单独作用下的运动响应66-68
• 5.3.3 两种控制机构联合作用下的运动响应68-69
• 5.4 方案二的水动力响应计算69-75
• 5.4.1 拖曳体的升沉运动70-73
• 5.4.2 拖曳体的水平转艏运动73-75
• 5.5 本章小结75-76
• 结论与展望76-78
• 参考文献78-82
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果82-83
• 致谢83-84
• 附件84

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 吴家鸣,叶家玮;自主稳定可控制水下拖曳体的设计及控制性能[J];华南理工大学学报(自然科学版);2005年05期

2 吴家鸣;邓威;赖华威;;回转状态下导管螺旋桨水动力特性的数值模拟[J];华南理工大学学报(自然科学版);2010年07期

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4 吴家鸣,叶家玮,李宁;拖曳式多参数剖面测量系统水动力与控制性能研究述评[J];海洋工程;2004年01期

5 苑志江;金良安;田恒斗;卢yN斌;;海洋拖曳系统的水动力理论与控制技术研究综述[J];科学技术与工程;2013年02期

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7 李志印;吴家鸣;;水下拖曳系统水动力特性的计算流体力学分析[J];中国造船;2007年02期

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本文编号：279239