水下高速运动体涡轮式自主测速技术研究

发布时间：2017-08-30 10:36

  本文关键词：水下高速运动体涡轮式自主测速技术研究

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【摘要】：水下高速运动体涡轮式自主测速技术研究是水下测速技术的研究难点。目前国内对此研究较少,该技术主要应用涡轮转速与来流速度关系,确定水下运动体自身速度的测量,具有重要的工程实践意义。涡轮转速与相对水流的速度直接相关,根据涡轮转速即可获得运动体的速度。涡轮测速装置采用非接触式测量技术,涡轮尾部安装有小磁体,通过安装在运动体内的霍尔器件感应磁场变化即可获取转速,从而获得运动体速度。通过建立了水下运动体外流场的三维非定常CFD模型,从理论上分析了水下运动体的环境激励,建立涡轮转动模型,进行涡轮动态转动模拟分析。设计水下运动体外置测速涡轮结构方案。设计了攻角调节机构,可以实现±5°的攻角调节。进行变攻角条件下的涡轮动态仿真模拟。分析水下运动体测速涡轮的基本输出特性,并进行了在流体冲击下的模态分析和力学分析。进行了水下运动体测速涡轮环境模拟实验。提出了水下运动体内藏式测速电路和存储的数据采集与处理方案,基于LabVIEW的在线实时测量方案,可用于变流速流场环境模拟与分析实验。通过开展变流速下中部测速涡轮装置的验证实验,表明该方法的正确性,可以用于水下高速运动体自主测速。
【关键词】：水下运动体 测速 涡轮 内藏式存储 计算流体力学 SSIM算法
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U666.159
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 课题研究背景及意义9-10
• 1.2 水下高速运动体外流场研究的相关技术进展10-12
• 1.2.1 水下运动体外流场的关键问题和研究方法10-11
• 1.2.2 水下运动体绕流场的仿真模拟技术11
• 1.2.3 水下运动体流场环境的实验测试技术11-12
• 1.3 本文的研究内容及行文结构12-14
• 1.3.1 本文的主要研究内容12
• 1.3.2 本文的行文结构12-14
• 2 水下运动体中部外置测速涡轮设计14-19
• 2.1 中部外置测速涡轮设计14-15
• 2.2 外置测速涡轮转动模型的建立15-18
• 2.2.1 涡轮驱动力矩计算理论15-16
• 2.2.2 涡轮驱动力矩计算16-18
• 2.3 本章小结18-19
• 3 水下运动体外流场三维非定常动态CFD模拟19-35
• 3.1 外流场三维仿真模型的建立19-25
• 3.1.1 流场的建立和计算域的划分20-22
• 3.1.2 边界条件的设定和处理22-23
• 3.1.3 多连域网格的划分23-25
• 3.2 控制方程与数值求解方法分析25-28
• 3.2.1 湍流数值模拟方法26
• 3.2.2 算法选择和求解26
• 3.2.3 基于RANS和LES流动数值模拟26-28
• 3.3 变攻角环境下的涡轮转动动态模拟28-33
• 3.3.1 运动体外置旋转涡轮的建模方法28-29
• 3.3.2 基于滑移网格的旋转涡轮动态模型的实现29-31
• 3.3.3 运动体姿态的动态模拟方法31-33
• 3.4 本章小结33-35
• 4 攻角调节机构与控制方法设计35-41
• 4.1 攻角调节结构方案设计35-38
• 4.1.1 攻角控制机构运动学分析35-36
• 4.1.2 攻角控制系统动力学分析36-37
• 4.1.3 攻角控制系统负载计算37-38
• 4.1.4 攻角控制系统动力机构主要参数38
• 4.2 攻角机构控制系统及其模态分析38-40
• 4.3 本章小结40-41
• 5 水下运动体测速涡轮在变流速下的特性分析41-46
• 5.1 水下运动体测速涡轮的基本输出特性研究41-43
• 5.1.1 测速涡轮转动动态特性41-42
• 5.1.2 测速涡轮启动速度的影响因素分析42
• 5.1.3 测速涡轮输出线性段的数值标定42-43
• 5.2 变攻角环境对运动体涡轮输出特性的影响43-45
• 5.3 本章小结45-46
• 6 水下运动体涡轮测速模拟实验46-55
• 6.1 测速涡轮实验原理与样机的分析与设计46-48
• 6.1.1 试验用水洞装置及样机实物46-47
• 6.1.2 变流速环境下测速涡轮实验设计47-48
• 6.2 涡轮测速嵌入式存储技术方案48-51
• 6.3 流场环境模拟与分析实验51-54
• 6.3.1 测速涡轮样机的水洞模拟实验51-52
• 6.3.2 变攻角运动体涡轮的水洞标定实验52
• 6.3.3 基于SSIM算法的水下图像处理技术52-54
• 6.4 本章小结54-55
• 7 总结55-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-62
• 附录62

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本文编号：758819