混合驱动水下滑翔器系统设计与仿真分析

发布时间：2017-07-30 14:12

  本文关键词：混合驱动水下滑翔器系统设计与仿真分析

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【摘要】：混合驱动水下滑翔器是水下自航器(AUV)与水下滑翔器(UWG)的结合,集二者优点于一身,主要用于海洋环境的检测。在AUV模式下,依靠螺旋桨推进器可以实现快速航行,具有操纵性好、反应速度快、定位和航迹精准的优点。在滑翔模式下,节约能源、效率高,通过浮力驱动系统实现自身净浮力的周期性变化及滑翔器的纵剖面滑翔运动；通过姿态调整系统实现重心位置的周期性变化及滑翔器航行姿态的俯仰和横滚调整。本文研究的混合驱动水下滑翔器主要用于海洋温跃层剖面测量,首先参照现有产品和功能目标,将复杂的滑翔器系统进行模块化处理,分析了滑翔器机械和控制系统的整体布局。其次对滑翔器耐压壳体进行了详细的设计计算,并利用有限元分析软件ANSYS对耐压壳体最危险段进行了强度和屈曲分析,验证了其耐压特性与承载性能。然后对滑翔器的航行系统(包括浮力驱动系统、姿态调整系统和螺旋桨推进系统)进行了分析与设计,对滑翔器的控制系统进行了分析并对姿态调整系统的PID控制进行了仿真分析。最后对滑翔器的机翼进行了优化设计,并用流体分析软件CFX进行优化前后机翼的对比分析,验证了优化后的机翼具有更好的水动力特性。
【关键词】：混合驱动水下滑翔器 耐压壳体 有限元 增量式PID控制 机翼优化设计
【学位授予单位】：辽宁工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U674.941
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-16
• 1.1 无人水下航行器发展概述10-11
• 1.2 混合驱动水下滑翔器发展现状11-13
• 1.3 混合驱动水下滑翔器未来发展方向13
• 1.3.1 混合驱动水下滑翔器控制难点13
• 1.3.2 混合驱动水下滑翔器发展展望13
• 1.4 本文研究意义及主要内容13-15
• 1.4.1 本文研究意义13-14
• 1.4.2 本文研究主要内容14-15
• 1.5 本章小结15-16
• 2 混合驱动水下滑翔器分析与布局16-22
• 2.1 混合驱动水下滑翔器工作原理16-17
• 2.1.1 滑翔模式工作原理16-17
• 2.1.2 螺旋桨推进模式工作原理17
• 2.2 混合驱动水下滑翔器功能目标与设计目标17-19
• 2.2.1 功能目标17-18
• 2.2.2 设计目标18-19
• 2.3 混合驱动水下滑翔器整体布局19-21
• 2.3.1 机械系统整体布局19
• 2.3.2 控制系统整体布局19-21
• 2.4 本章小结21-22
• 3 混合驱动水下滑翔器耐压壳体设计与有限元分析22-33
• 3.1 耐压壳体材料确定与结构设计22-24
• 3.1.1 耐压壳体材料确定22
• 3.1.2 耐压壳体结构设计22-24
• 3.2 耐压壳体设计计算24-28
• 3.2.1 耐压壳体尺寸确定24
• 3.2.2 耐压壳体壁厚计算24-25
• 3.2.3 耐压壳体失稳计算25-26
• 3.2.4 耐压壳体变形计算26-27
• 3.2.5 耐压壳体密封计算27-28
• 3.3 耐压壳体有限元分析28-32
• 3.3.1 耐压壳体强度分析28-30
• 3.3.2 耐压壳体屈曲分析30-32
• 3.4 本章小结32-33
• 4 混合驱动水下滑翔器航行系统分析与设计33-44
• 4.1 浮力驱动系统分析与设计33-38
• 4.1.1 结构设计33-34
• 4.1.2 排油体积计算34-35
• 4.1.3 电机选型计算35-36
• 4.1.4 电机校核计算36-38
• 4.2 姿态调整系统分析与设计38-41
• 4.2.1 姿态调整系统简析38
• 4.2.2 俯仰姿态调整系统设计38-39
• 4.2.3 横滚姿态调整系统设计39-41
• 4.3 螺旋桨推进系统分析与设计41-43
• 4.3.1 内部结构选型设计41-42
• 4.3.2 外部结构分析与设计42-43
• 4.4 本章小结43-44
• 5 混合驱动水下滑翔器运动控制44-53
• 5.1 控制系统组成44
• 5.1.1 控制系统分类44
• 5.1.2 控制系统组成44
• 5.2 基本控制回路与控制算法44-49
• 5.2.1 水下控制基本回路44-46
• 5.2.2 PID控制算法简析46-49
• 5.3 姿态调整系统的PID控制与仿真分析49-52
• 5.3.1 MATLAB/Simulink模块简介49
• 5.3.2 姿态调整系统的增量式PID控制49-50
• 5.3.3 姿态调整系统的PID控制仿真分析50-52
• 5.4 本章小结52-53
• 6 混合驱动水下滑翔器机翼优化设计53-61
• 6.1 机翼优化设计53-55
• 6.1.1 滑翔器机翼选型53
• 6.1.2 机翼参数优化设计53-55
• 6.2 优化后机翼性能验证55-60
• 6.2.1 CFD软件简介55-57
• 6.2.2 CFX软件简介57
• 6.2.3 优化前后机翼性能分析57-60
• 6.3 本章小结60-61
• 结论61-62
• 参考文献62-65
• 作者简历65-67
• 学位论文数据集67

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：594587