水下机器人全泵驱动控制方法研究

发布时间：2022-12-25 17:42

　　陆地资源在人类长期无度开采的情况下已面临着逐渐枯竭的巨大危机,21世纪必然是海洋开发的世纪。水下机器人作为海洋监测、深水观测、资源勘测的重要载体平台,该研究领域已成为国际上研究探索的重要领域。随着各种研究资源的大力投入,各种新型水下航行器相继问世,我国近年来在这个领域也有所突破,但对于全泵驱动控制方法下航行的水下机器人的研究仍处于比较初级的阶段。本文以小型水下机器人为基础,主要对全泵喷水驱动系统的设计、矢量推进方法与喷水驱动方式的结合以及水下机器人的结构优化进行了相关研究。研究的主要内容如下:（1）通过系统了解新型水下航行器的国内外研究现状后,在设计概念上提出一种喷水驱动方式与矢量推进方法相结合的小型水下机器人推进系统。摒弃传统的螺旋桨推进方式和船舵控制方法,设计出结构相对简单,性能比较稳定的矢量推进喷水系统,提高了机器人的隐蔽性以及机动灵活性。（2）对有关于水下机器人运动的两种空间坐标系之间的相互转化方法进行了阐述,对其实施动力学建模,研究其运动方程以及动力学方程,根据所设计的推进方法,探究水下机器人航行过程中流体动力的特点并对其计算方法进行总结。（3）参考喷水推进船舶的动力组成,结... 

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 选题的理论意义和实用价值
    1.2 国内外研究现状及发展趋势
        1.2.1 水下机器人研究概况
        1.2.2 喷水驱动的发展和研究现状
        1.2.3 水下机器人的驱动方式和发展趋势
    1.3 本文的研究内容
2 驱动系统方案设计
    2.1 水下机器人驱动方式
        2.1.1 螺旋桨驱动
        2.1.2 喷水驱动
    2.2 水下机器人航向控制方法
        2.2.1 舵的控制
        2.2.2 矢量推进方式
    2.3 喷水矢量推进方案设计
        2.3.1 推进器数量的确定
        2.3.2 推进器的布置设计
        2.3.3 推进系统总体设计
    2.4 本章小结
3 水下机器人动力学建模与分析
    3.1 坐标系
    3.2 状态向量表示
        3.2.1 坐标系间的转换
        3.2.2 速度的坐标换
        3.2.3 角速度的坐标换
    3.3 水下机器人的运动方程
    3.4 本章小结
4 系统性能分析与结构设计
    4.1 水下机器人性能的影响因素
    4.2 喷水驱动系统的设计
        4.2.1 喷水驱动系统原理
        4.2.2 喷水驱动系统管路的水力损失
    4.3 矢量推进性能分析
        4.3.1 经典运动的实现方法
        4.3.2 喷水驱动下推力的矢量化模型
    4.4 喷口流量分配设计
        4.4.1 直线前进过程中的流量分配
        4.4.2 转向过程中的流量分配
    4.5 本章小结
5 水下机器人水动力仿真与结构优化
    5.1 CFD基础与模型建立
    5.2 主体外形的设计与优选
        5.2.1 四种经典主体外形
        5.2.2 ICEM网格划分与试算条件设定
        5.2.3 网格独立性验证
        5.2.4 四种主体外形的水动力特性分析
    5.3 水平机翼的参数优选
    5.4 进水口位置的优选
    5.5 喷口结构的优选
        5.5.1 三种喷口结构
        5.5.2 喷口结构内外流场仿真分析
    5.6 本章小结
6 结论与展望
攻读学位期间参加的科研项目及发表的学术论文
致谢
参考文献


【参考文献】：
期刊论文
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[2]小型水下机器人ROV应用研究[J]. 路晓磊,马龙,张丽婷,孟涛,马治忠.  海洋开发与管理. 2015(06)
[3]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)
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博士论文
[1]复杂海况下新型水下航行器设计与关键技术研究[D]. 高富东.国防科学技术大学 2012
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硕士论文
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[3]基于FLUENT的CFD方法在船海工程中的实用性研究[D]. 王健.大连理工大学 2012
[4]小型水下机器人本体结构设计及水动力仿真[D]. 戴志光.扬州大学 2012
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本文编号：3727065