螺旋推进式水下航行器结构设计与外形优化
发布时间：2022-12-03 23:26
海洋幅员辽阔,海洋开发和利用、海上力量壮大等一系列国家海洋战略的振兴和实施,都需要一系列的海洋装备的支撑,水下航行器作为高新技术装备,是海洋探索的重要手段。实现水下航行器大航程、高航速、可携带多种探测设备是实现探索海洋任务的关键所在。本文通过对自主式螺旋推进水下航行器设计与优化,旨在提高航行器水动力性能。首先对水下航行器总体方案进行设计,根据其系统构成和性能要求制定本文的设计流程。对航行器艇型进行选型,分析总结“旗鱼”水下航行器后,提出本次水下航行器外形型线初步设计,基于计算流体力学对航行器主体型线进行数值模拟,分析对比各个参数的外形型线的水动力性能,综合考虑阻力和配置空间的因素,确定艇体外形型线。水下航行器耐压舱及舱段连接结构是整个航行器内部构件的安全基础。对航行器耐压壳体材料进行选型,采用外压容器理论设计理论和ANSYS软件模拟仿真相结合的方式对耐压壳体进行设计与分析。在分析了第一代水下航行器连接方式后,舱段间决定采用楔环结构连接,并对楔环安全性和可靠性进行分析。推进系统是水下航行器实现航行快速性、操控性、大航程的基础,推进系统包括尾翼优化设计、导管螺旋桨图谱设计和推进系统能源供给...
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 课题的研究背景及意义
1.2 水下航行器研究现状
1.2.1 国外水下航行器研究现状
1.2.2 国内水下航行器研究现状
1.3 主要研究内容
2 水下航行器总体方案设计
2.1 水下航行器总体设计说明
2.1.1 水下航行器系统构成
2.1.2 总体性能要求
2.1.3 设计流程
2.2 总体方案确定
2.2.1 艇型选择
2.2.2 总体方案布置
2.3 艇体外部型线设计
2.3.1 “旗鱼”水下航行器外部型线分析
2.3.2 艇体阻力分析
2.3.3 基于CFD的艇体阻力计算
2.4 本章小结
3 耐压舱体及舱段连接结构设计
3.1 水下航行器耐压舱体设计
3.1.1 材料选型
3.1.2 耐压壳体厚度设计
3.1.3 耐压壳体稳定性校核
3.1.4 基于有限元法的耐压壳体强度分析
3.2 舱段连接结构选型与校核
3.2.1 连接结构选型
3.2.2 楔环连接结构应力分析
3.3 本章小结
4 推进系统方案设计
4.1 推进系统方案设计
4.2 尾翼优化设计
4.2.1 尾翼外形仿生设计
4.2.2 尾翼水动力性能计算
4.2.3 尾翼位置优化
4.3 导管螺旋桨设计
4.3.1 螺旋桨图谱设计
4.3.2 导管设计
4.3.3 导管螺旋桨水动力性能设计
4.4 推进系统能源供给
4.4.1 锂电池选型
4.4.2 锂电池测试
4.5 本章小结
5 水下航行器阻力优化设计
5.1 基于ISIGHT的优化理论
5.2 阻力优化模型建立
5.3 优化及结果分析
5.3.1 优化流程
5.3.2 计算结果分析
5.4 本章小结
总结与展望
总结
展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]自主水下航行器固定舵对尾舵水动力的影响[J]. 严天宏,申洪彬,何波,刘继鑫,赵梓奎. 舰船科学技术. 2020(09)
[2]基于SolidWorks的AUV耐压舱体设计与校核[J]. 刘继鑫,严天宏,何波,姚莉,申洪彬. 舰船科学技术. 2020(07)
[3]水下航行器附体线型及布局对流噪声影响研究[J]. 于李洋,周李姜. 中国水运(下半月). 2019(11)
[4]水下航行器舱段连接结构设计[J]. 康宝臣,冯丽娜,吴琪. 机械工程与自动化. 2019(03)
[5]模块化小型水下航行器设计及其水动力学性能研究[J]. 徐庚辉,朱汉华,葛冀欢. 船舶工程. 2019(02)
[6]基于参数化的水下航行器外形稳健性优化[J]. 苗怡然,高良田,刘峰,彭夺锦. 哈尔滨工程大学学报. 2018(04)
[7]新型仿生波浪滑翔器水翼设计与水动性能研究[J]. 吴俊飞,杜照鹏,熊学军. 机械制造. 2017(08)
[8]无人自治水下航行器外形及推进系统优化设计[J]. 李龙,张宏伟,王延辉. 机械设计. 2017(05)
[9]基于CFD和直接计算技术的航行器阻力系数算法研究[J]. 王玉婷,向先波,王瑟. 中国科技论文. 2016(19)
[10]水下航行器的现状与未来展望[J]. 赵欣. 科技经济市场. 2016(09)
博士论文
[1]变体全柔性翼扑动推进水下航行器设计与研究[D]. 刘龙.南京航空航天大学 2017
[2]水下航行器电池舱段热过程研究[D]. 王艳峰.西北工业大学 2014
[3]水下超高速航行体动力学建模与控制研究[D]. 赵新华.哈尔滨工程大学 2008
[4]水下高速航行体超空泡减阻特性研究[D]. 熊永亮.哈尔滨工程大学 2008
[5]水下自航行器水动力学特性数值计算与试验研究[D]. 何漫丽.天津大学 2005
硕士论文
[1]无人水下航行器节能优化策略研究[D]. 穆旭阳.大连海事大学 2019
[2]水下航行器艉部结构振动噪声特性及优化设计[D]. 沈喆.哈尔滨工程大学 2018
[3]水下滑翔机总体设计与水动力性能分析[D]. 姜钧喆.上海交通大学 2018
[4]水下机器人水动力性能及其运动控制研究[D]. 程健.大连理工大学 2018
[5]基于参数化的水下航行器主体结构设计优化研究[D]. 苗怡然.哈尔滨工程大学 2018
[6]长航程水下滑翔机的减阻技术研究[D]. 张帅.天津大学 2018
[7]基于参数化的水下航行器设计优化研究[D]. 梁旭.哈尔滨工程大学 2017
[8]水下自航行器外形优化设计与水动力性能分析[D]. 马德飞.中国计量大学 2016
[9]深海滑翔机水动力外形设计方法[D]. 赵远辉.华中科技大学 2016
[10]矢量推进式新型水下航行器主体的关键结构研究[D]. 谢源.浙江大学 2016
本文编号：3707183
【文章页数】：103 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 课题的研究背景及意义
1.2 水下航行器研究现状
1.2.1 国外水下航行器研究现状
1.2.2 国内水下航行器研究现状
1.3 主要研究内容
2 水下航行器总体方案设计
2.1 水下航行器总体设计说明
2.1.1 水下航行器系统构成
2.1.2 总体性能要求
2.1.3 设计流程
2.2 总体方案确定
2.2.1 艇型选择
2.2.2 总体方案布置
2.3 艇体外部型线设计
2.3.1 “旗鱼”水下航行器外部型线分析
2.3.2 艇体阻力分析
2.3.3 基于CFD的艇体阻力计算
2.4 本章小结
3 耐压舱体及舱段连接结构设计
3.1 水下航行器耐压舱体设计
3.1.1 材料选型
3.1.2 耐压壳体厚度设计
3.1.3 耐压壳体稳定性校核
3.1.4 基于有限元法的耐压壳体强度分析
3.2 舱段连接结构选型与校核
3.2.1 连接结构选型
3.2.2 楔环连接结构应力分析
3.3 本章小结
4 推进系统方案设计
4.1 推进系统方案设计
4.2 尾翼优化设计
4.2.1 尾翼外形仿生设计
4.2.2 尾翼水动力性能计算
4.2.3 尾翼位置优化
4.3 导管螺旋桨设计
4.3.1 螺旋桨图谱设计
4.3.2 导管设计
4.3.3 导管螺旋桨水动力性能设计
4.4 推进系统能源供给
4.4.1 锂电池选型
4.4.2 锂电池测试
4.5 本章小结
5 水下航行器阻力优化设计
5.1 基于ISIGHT的优化理论
5.2 阻力优化模型建立
5.3 优化及结果分析
5.3.1 优化流程
5.3.2 计算结果分析
5.4 本章小结
总结与展望
总结
展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术论文目录
【参考文献】：
期刊论文
[1]自主水下航行器固定舵对尾舵水动力的影响[J]. 严天宏,申洪彬,何波,刘继鑫,赵梓奎. 舰船科学技术. 2020(09)
[2]基于SolidWorks的AUV耐压舱体设计与校核[J]. 刘继鑫,严天宏,何波,姚莉,申洪彬. 舰船科学技术. 2020(07)
[3]水下航行器附体线型及布局对流噪声影响研究[J]. 于李洋,周李姜. 中国水运(下半月). 2019(11)
[4]水下航行器舱段连接结构设计[J]. 康宝臣,冯丽娜,吴琪. 机械工程与自动化. 2019(03)
[5]模块化小型水下航行器设计及其水动力学性能研究[J]. 徐庚辉,朱汉华,葛冀欢. 船舶工程. 2019(02)
[6]基于参数化的水下航行器外形稳健性优化[J]. 苗怡然,高良田,刘峰,彭夺锦. 哈尔滨工程大学学报. 2018(04)
[7]新型仿生波浪滑翔器水翼设计与水动性能研究[J]. 吴俊飞,杜照鹏,熊学军. 机械制造. 2017(08)
[8]无人自治水下航行器外形及推进系统优化设计[J]. 李龙,张宏伟,王延辉. 机械设计. 2017(05)
[9]基于CFD和直接计算技术的航行器阻力系数算法研究[J]. 王玉婷,向先波,王瑟. 中国科技论文. 2016(19)
[10]水下航行器的现状与未来展望[J]. 赵欣. 科技经济市场. 2016(09)
博士论文
[1]变体全柔性翼扑动推进水下航行器设计与研究[D]. 刘龙.南京航空航天大学 2017
[2]水下航行器电池舱段热过程研究[D]. 王艳峰.西北工业大学 2014
[3]水下超高速航行体动力学建模与控制研究[D]. 赵新华.哈尔滨工程大学 2008
[4]水下高速航行体超空泡减阻特性研究[D]. 熊永亮.哈尔滨工程大学 2008
[5]水下自航行器水动力学特性数值计算与试验研究[D]. 何漫丽.天津大学 2005
硕士论文
[1]无人水下航行器节能优化策略研究[D]. 穆旭阳.大连海事大学 2019
[2]水下航行器艉部结构振动噪声特性及优化设计[D]. 沈喆.哈尔滨工程大学 2018
[3]水下滑翔机总体设计与水动力性能分析[D]. 姜钧喆.上海交通大学 2018
[4]水下机器人水动力性能及其运动控制研究[D]. 程健.大连理工大学 2018
[5]基于参数化的水下航行器主体结构设计优化研究[D]. 苗怡然.哈尔滨工程大学 2018
[6]长航程水下滑翔机的减阻技术研究[D]. 张帅.天津大学 2018
[7]基于参数化的水下航行器设计优化研究[D]. 梁旭.哈尔滨工程大学 2017
[8]水下自航行器外形优化设计与水动力性能分析[D]. 马德飞.中国计量大学 2016
[9]深海滑翔机水动力外形设计方法[D]. 赵远辉.华中科技大学 2016
[10]矢量推进式新型水下航行器主体的关键结构研究[D]. 谢源.浙江大学 2016
本文编号：3707183
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/chuanbolw/3707183.html
