喷水推进型水下滑翔机主体外形优化及运动性能研究
发布时间：2022-01-11 00:42
随着人类开发海洋的步伐加快,水下滑翔机由于低功耗、长航程和可搭载多种探测设备的优点受到广泛的关注。喷水推进型水下滑翔机结合传统水下滑翔机长航程和自主航行器高机动性的优势,具有多种工作模式,能胜任不同环境下的海洋探测任务,具有广阔的市场应用前景。对喷水推进型水下滑翔机进行主体外形优化和运动性能分析具有十分重要的意义。基于NSGA-II算法,对水下滑翔机主体外形进行多目标协同优化。准确的水动力性能计算和动力学建模,为喷水推进型水下滑翔机的性能分析提供了理论支撑。对运动仿真和湖泊试验结果进行分析,为系统结构和控制算法的改进提供数据支撑。本文研究工作包括:1.建立喷水推进型水下滑翔机的主体外形阻力模型和壳体表面压力系数模型,基于NSGA-II算法完成喷水推进型水下滑翔机的主体外形优化。对比优化外形、Spray外形、MIGA算法优化外形和原始外形的阻力和表面压力分布,验证了优化结果的有效性。2.对比原始外形的水池试验和仿真结果,验证了数值仿真方法的准确性。通过仿真喷水推进型水下滑翔机的典型工况,完成位置力和力矩系数计算。基于理论推导,完成附加质量系数和旋转阻尼力系数的计算。3.基于多体系统动力学...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
我国海区周边形势图及岛链海洋环境的准确、精细和全面测量是了解海洋和科学发展海洋的数据基础，而进
中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文参数数据库，智慧海洋模式，能保障海洋经济的健康快速发展定位打击[4]。洋探测方式主要包括调查船、浮潜标、卫星遥感技术等。调查有独特优势，但资源消耗大，对水下环境调查不足。浮潜标能周期和多要素测量，但是探测范围小，机动性不足。卫星遥感供全面实时的海洋数据，但是对于海洋信息的精细信息处理平台是探测海洋的有效工具[5]。器相较于传统的海洋观测平台，发展时间较短，但是由于优用。目前美国已投入使用多款水下滑翔机，广泛分布于全球各单、易于控制以及制造成本低，可实现海洋环境立体信息测量的观测质量[6]。
最大滑翔深度 1200m，泵喷推进最大速度达到 5 节，搭载 CTD 仪、压力传感器等，依靠北斗系统的导航定位，在中国南海海域多次进行海洋试验。喷水推进是一种新型的特殊推进方式，利用尾部高速喷射的水流提供反作用力，推动水中航行器运动。喷水推进器应用广泛，在高速舰艇和水下航行器中都有应用。推进器噪声是水下航行器的主要噪声来源，对水下航行器工作隐蔽性会产生很大影响。喷水推进器相较于螺旋桨推进器，噪声更低，效率更高，安全可靠性更好。喷水推进器由流道、转子和定子组成，在满足航速的同时可有效的降低噪声，推进器可内置，叶片不易损坏，可靠性高，适用于限制直径的场合[24]。图 1-3 Slocum 图 1-4 Slocum 水下滑翔机
【参考文献】：
期刊论文
[1]喷水推进型水下滑翔机的水平翼参数配置及定常运动分析[J]. 傅晓云,雷磊,杨钢,李宝仁. 浙江大学学报(工学版). 2018(08)
[2]CFD计算分析水下潜器运动阻力性能[J]. 陈泰文,万德成. 水动力学研究与进展（A辑）. 2018(02)
[3]Stability Analysis of Hybrid-Driven Underwater Glider[J]. NIU Wen-dong,WANG Shu-xin,WANG Yan-hui,SONG Yang,ZHU Ya-qiang. China Ocean Engineering. 2017(05)
[4]混合驱动水下滑翔机动力学建模与海试研究[J]. 王树新,刘方,邵帅,王延辉,牛文栋,吴芝亮. 机械工程学报. 2014(02)
[5]水下机器人发展现状和趋势[J]. 柯冠岩,吴涛,李明,肖定邦. 国防科技. 2013(05)
[6]三体船附加质量的数值求解及分析[J]. 詹金林,卢晓平,张树龙,李光磊. 华中科技大学学报(自然科学版). 2013(05)
[7]海洋探测技术与装备发展探讨[J]. 朱心科,金翔龙,陶春辉,初凤友,赵建如,李一平. 机器人. 2013(03)
[8]我国的海洋利益与海洋战略定位[J]. 徐祥民,宋福敏. 中国海洋大学学报(社会科学版). 2013(01)
[9]水下滑翔机水动力外形研究综述[J]. 李志伟,崔维成. 船舶力学. 2012(07)
[10]能耗最优的水下滑翔机采样路径规划[J]. 朱心科,俞建成,王晓辉. 机器人. 2011(03)
硕士论文
[1]水下滑翔机设计、优化及运动模拟[D]. 叶效伟.上海交通大学 2013
[2]潜艇附加质量计算及其水中振动特性研究[D]. 刘成刚.哈尔滨工程大学 2011
[3]带精英策略的非支配排序遗传算法的研究与应用[D]. 郑强.浙江大学 2006
本文编号：3581735
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
我国海区周边形势图及岛链海洋环境的准确、精细和全面测量是了解海洋和科学发展海洋的数据基础，而进
中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文参数数据库，智慧海洋模式，能保障海洋经济的健康快速发展定位打击[4]。洋探测方式主要包括调查船、浮潜标、卫星遥感技术等。调查有独特优势，但资源消耗大，对水下环境调查不足。浮潜标能周期和多要素测量，但是探测范围小，机动性不足。卫星遥感供全面实时的海洋数据，但是对于海洋信息的精细信息处理平台是探测海洋的有效工具[5]。器相较于传统的海洋观测平台，发展时间较短，但是由于优用。目前美国已投入使用多款水下滑翔机，广泛分布于全球各单、易于控制以及制造成本低，可实现海洋环境立体信息测量的观测质量[6]。
最大滑翔深度 1200m，泵喷推进最大速度达到 5 节，搭载 CTD 仪、压力传感器等，依靠北斗系统的导航定位，在中国南海海域多次进行海洋试验。喷水推进是一种新型的特殊推进方式，利用尾部高速喷射的水流提供反作用力，推动水中航行器运动。喷水推进器应用广泛，在高速舰艇和水下航行器中都有应用。推进器噪声是水下航行器的主要噪声来源，对水下航行器工作隐蔽性会产生很大影响。喷水推进器相较于螺旋桨推进器，噪声更低，效率更高，安全可靠性更好。喷水推进器由流道、转子和定子组成，在满足航速的同时可有效的降低噪声，推进器可内置，叶片不易损坏，可靠性高，适用于限制直径的场合[24]。图 1-3 Slocum 图 1-4 Slocum 水下滑翔机
【参考文献】：
期刊论文
[1]喷水推进型水下滑翔机的水平翼参数配置及定常运动分析[J]. 傅晓云,雷磊,杨钢,李宝仁. 浙江大学学报(工学版). 2018(08)
[2]CFD计算分析水下潜器运动阻力性能[J]. 陈泰文,万德成. 水动力学研究与进展（A辑）. 2018(02)
[3]Stability Analysis of Hybrid-Driven Underwater Glider[J]. NIU Wen-dong,WANG Shu-xin,WANG Yan-hui,SONG Yang,ZHU Ya-qiang. China Ocean Engineering. 2017(05)
[4]混合驱动水下滑翔机动力学建模与海试研究[J]. 王树新,刘方,邵帅,王延辉,牛文栋,吴芝亮. 机械工程学报. 2014(02)
[5]水下机器人发展现状和趋势[J]. 柯冠岩,吴涛,李明,肖定邦. 国防科技. 2013(05)
[6]三体船附加质量的数值求解及分析[J]. 詹金林,卢晓平,张树龙,李光磊. 华中科技大学学报(自然科学版). 2013(05)
[7]海洋探测技术与装备发展探讨[J]. 朱心科,金翔龙,陶春辉,初凤友,赵建如,李一平. 机器人. 2013(03)
[8]我国的海洋利益与海洋战略定位[J]. 徐祥民,宋福敏. 中国海洋大学学报(社会科学版). 2013(01)
[9]水下滑翔机水动力外形研究综述[J]. 李志伟,崔维成. 船舶力学. 2012(07)
[10]能耗最优的水下滑翔机采样路径规划[J]. 朱心科,俞建成,王晓辉. 机器人. 2011(03)
硕士论文
[1]水下滑翔机设计、优化及运动模拟[D]. 叶效伟.上海交通大学 2013
[2]潜艇附加质量计算及其水中振动特性研究[D]. 刘成刚.哈尔滨工程大学 2011
[3]带精英策略的非支配排序遗传算法的研究与应用[D]. 郑强.浙江大学 2006
本文编号：3581735
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