基于CFD的AUV螺旋桨设计

发布时间：2017-05-24 13:08

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【摘要】：AUV螺旋桨设计的研究对于AUV的各类水下作业工作有着重要的作用。由于敞水试验的高额费用,进行螺旋桨试验设计为AUV这种相对成本较低的小型航行器配置推进器的方法一般不采用,因此以往常用为商用小型船舶设计的螺旋桨配备给AUV。随着近年船模数值水池试验技术的发展,使得设计AUV专用的螺旋桨成为一种现实可行的项目。本文利用图谱设计法,为某小型AUV设计出了其专用螺旋桨。本文参考实际情况并依据已有的技术成果,通过使用CFD软件,将某种小型AUV及MAU4-40螺旋桨作为研究对象,采用相对坐标法,对于裸AUV及带舵AUV进行了不同航速下的阻力计算,并以此为依据完成了对于此AUV的螺旋桨设计。通过滑移网格技术,分别完成了MAU4-40螺旋桨的敞水阻力计算以及设计航速下配桨AUV的直航数值模拟。计算结果表明设计所得螺旋桨完全符合本文设计初衷,可以有效为AUV提供推力,保证其顺利航行。本文为日后小型水下机器人的螺旋桨设计研究出了一种有用的方法；同时,也证明了基于相对坐标法和滑移网格技术的CFD计算方法在处理AUV直航问题上的实效性和可行性,得到了一种数值预报小型潜器及螺旋桨复杂系统的计算方法,为今后更加深入研究AUV的自航数值模拟提供了有效依据。
【关键词】：AUV 相对坐标法 滑移网格技术 CFD
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U674.941;U664.33
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 流体力学的理论方法10-11
• 1.2.2 流体力学的CFD方法11-13
• 1.3 本文工作简介13-15
• 第2章 AUV运动分析15-26
• 2.1 AUV的6自由度运动学模型15-19
• 2.1.1 AUV的坐标系统15-16
• 2.1.2 不同坐标系的变换16-18
• 2.1.3 在合力作用下AUV的两种运动18-19
• 2.2 水下机器人的动力学模型19-25
• 2.2.1 AUV的水动力特性19-20
• 2.2.2 AUV惯性水动力系数20-22
• 2.2.3 AUV粘性水动力系数22-25
• 2.3 本章小结25-26
• 第3章 AUV阻力数值计算26-48
• 3.1 AUV阻力计算概述26
• 3.2 AUV阻力计算方法26-29
• 3.2.1 AUV阻力分类26-27
• 3.2.2 AUV阻力计算方法27-29
• 3.3 AUV阻力的CFD计算29-41
• 3.3.1 AUV建模及网格划分29-35
• 3.3.2 AUV数值计算控制方程35-37
• 3.3.3 AUV数值计算湍流模型37-41
• 3.4 AUV阻力计算结果41-42
• 3.5 带舵AUV有效功率42-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第4章 螺旋桨敞水试验数值模拟48-64
• 4.1 螺旋桨设计方法48-50
• 4.2 基于图谱法的螺旋桨设计50-52
• 4.3 数值计算原理52-54
• 4.4 敞水性能数值计算54-62
• 4.4.1 计算工况及边界条件54-55
• 4.4.2 网格划分55-57
• 4.4.3 计算结果与分析57-62
• 4.5 本章小结62-64
• 第5章 AUV带桨舵的直航数值模拟64-77
• 5.1 概述64
• 5.2 自航数值模拟的理论方法64-69
• 5.2.1 移动网格技术64-67
• 5.2.2 重叠网格技术67-69
• 5.2.3 相对坐标法69
• 5.3 自航数值模拟69-76
• 5.3.1 模型的建立69
• 5.3.2 计算工况及边界条件69-70
• 5.3.3 计算网格划分70-71
• 5.3.4 计算结果及分析71-76
• 5.4 本章小结76-77
• 第6章 总结与展望77-79
• 6.1 主要研究工作总结和结论77-78
• 6.2 进一步工作展望78-79
• 参考文献79-83
• 致谢83

【参考文献】

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本文编号：390864