1200米级深水作业型机器人水动力及运动响应性能研究

发布时间：2021-07-03 06:49

　　带缆遥控水下机器人（ROV）是海洋工程中应用最广泛的一类水下机器人,它根据可实现的功能分为观察型与作业型。观察型水下机器人主要应用于水域搜索、渔业养殖、水上娱乐和水下摄影等行业;深水作业型水下机器人结构复杂,实现的功能多样,水下作业能力强,广泛应用于水下建筑支持、水下考古作业、海底搜寻打捞等领域。本文依托江苏省高技术船舶协同创新中心科研项目——系列化ROV研发及关键部件研制,针对船舶与海洋平台水下工程的实际需求,开展了深水作业型ROV以及相关子系统、关键部件的研究与研制工作。基于CFD数值方法研究该机器人的水动力性能,使用理论计算与数值求解相结合的方法研究了脐带缆的阻力性能;使用滑移网格方法研究了螺旋桨的敞水性能,基于体积力法探究了ROV本体与螺旋桨全耦合状态下的运动性能;根据水下机器人的方案设计,完成了水下机器人各部件的制作与选型,成功搭建了水下机器人的样机并进行了系统调试。具体工作内容如下:基于模块化设计思路,明确了深海作业型ROV的系统组成,并确定各系统的实施方案,完成了机器人各模块材料的选取、结构形式的设计以及确定合适的安装固定方式,依托有限元分析软件对ROV关键部件进行了强度... 

【文章来源】：江苏科技大学江苏省

【文章页数】：125 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景与研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 ROV的发展及应用现状
        1.2.2 ROV总体设计研究现状
        1.2.3 ROV水下耐压舱体研究现状
        1.2.4 ROV水动力学性能研究现状
    1.3 本文主要研究内容
第2章 ROV系统模块方案设计
    2.1 设计内容
    2.2 ROV系统结构组成
    2.3 ROV系统功能实现方案
        2.3.1 供电系统
        2.3.2 控制系统
        2.3.3 通讯系统
        2.3.4 水下电源系统
        2.3.5 动力驱动系统
        2.3.6 勘察探测系统
        2.3.7 机械作业系统
    2.4 本章小结
第3章 深水作业型机器人本体结构设计
    3.1 引言
    3.2 深水作业型ROV模块组成
    3.3 框架模块设计
        3.3.1 材料选取
        3.3.2 框架结构与装配方式
    3.4 耐压舱模块设计
        3.4.1 舱体设计
        3.4.2 耐压舱内部框架设计
        3.4.3 密封设计
    3.5 水下推进器模块设计
        3.5.1 推进器性能参数
        3.5.2 推进器模型设计
    3.6 浮体模块设计
    3.7 ROV本体其余关键部件设计与选型
        3.7.1 机械作业模块设计
        3.7.2 水下照明模块设计
        3.7.3 水下摄像模块设计
        3.7.4 水下声呐模块选型
    3.8 ROV本体结构虚拟装配
    3.9 ROV本体浮性与稳性校核
        3.9.1 结构浮性与稳性准则
        3.9.2 结构浮性与稳性调整
    3.10 ROV关键部件结构强度与稳定性分析
        3.10.1 框架结构强度分析
        3.10.2 耐压舱模块强度与稳定性分析
        3.10.3 水下灯壳体、摄像机壳体结构强度分析
    3.11 本章小结
第4章 深水作业型机器人水动力性能研究
    4.1 CFD数值求解原理
        4.1.1 流体运动控制方程
    4.2 ROV结构本体水动力性能计算
        4.2.1 模型选取与网格划分
        4.2.2 网格独立性验证
        4.2.3 计算工况选取
        4.2.4 CFD求解设置
        4.2.5 计算结果与分析
    4.3 ROV脐带缆水动力性能计算
        4.3.1 脐带缆受力基本假设
        4.3.2 脐带缆受力理论计算
        4.3.3 脐带缆受力CFD数值计算
    4.4 脐带缆与ROV结构本体耦合阻力性能计算
    4.5 本章小结
第5章 深水作业型机器人运动性能数值预报
    5.1 ROV动力学模型建立
        5.1.1 ROV本体运动模型
        5.1.2 体积力求解原理
    5.2 螺旋桨敞水性能计算
        5.2.1 螺旋桨模型参数
        5.2.2 螺旋桨计算域与网格划分
        5.2.3 计算工况与边界条件
        5.2.4 计算结果处理
        5.2.5 实验论证
    5.3 ROV本体-推进器耦合运动性能数值预报
        5.3.1 水平螺旋桨的布置形式
        5.3.2 计算参数设置
        5.3.3 ROV直航运动性能
        5.3.4 ROV横移运动性能
        5.3.5 ROV下潜运动性能
        5.3.6 ROV转艏运动性能
    5.4 本章小结
第6章 深水作业型机器人样机搭建
    6.1 ROV陆上功能模块搭建
        6.1.1 陆上操纵台
        6.1.2 陆上电源柜
        6.1.3 脐带缆模块
    6.2 ROV水下本体模块搭建
        6.2.1 水下结构本体框架模块
        6.2.2 耐压舱模块
        6.2.3 浮体模块
        6.2.4 动力推进模块
        6.2.5 水下探测模块
        6.2.6 机械作业模块
    6.3 ROV关键部件功能测试
        6.3.1 水下照明灯测试
        6.3.2 水下探测模块测试
        6.3.3 水下导航设备测试
        6.3.4 ROV本体总体装配
    6.4 本章小结
第7章 总结与展望
    7.1 工作总结
    7.2 本文创新点
    7.3 研究展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的学术成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]载人潜水器发展现状及趋势[J]. 任玉刚,刘保华,丁忠军,李晔,杨磊,胡晓涵.  海洋技术学报. 2018(02)
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[3]水下机器人发展趋势及前景[J]. 韦荣伟.  现代制造技术与装备. 2018(02)
[4]考虑螺旋桨体积力的水下机器人水动力特性仿真[J]. 王太友,胡以怀,张宝吉,陈彦臻.  船舶工程. 2018(01)
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博士论文
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硕士论文
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[3]微小型仿生水下机器人关键技术研究[D]. 卞泽武.山东科技大学 2017
[4]可翻转式带缆水下机器人（ROV）的总体设计和水动力学性能研究[D]. 卞子玮.江苏科技大学 2017
[5]深海作业型ROV建模方法的研究[D]. 周卫祥.哈尔滨工程大学 2015
[6]基于体积力法的船/桨/舵粘性流场的数值研究[D]. 吴召华.上海交通大学 2013
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[8]某潜器水动力性能计算及运动仿真[D]. 赵金鑫.哈尔滨工程大学 2011
[9]耐压舱壳体力学分析及其试验研究[D]. 黄志亮.昆明理工大学 2011
[10]超小型水下机器人推进器设计与分析[D]. 张翠英.兰州理工大学 2009



本文编号：3262097