大浮力驱动水下滑翔机特性研究

发布时间：2017-09-16 00:16

  本文关键词：大浮力驱动水下滑翔机特性研究

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【摘要】：水下滑翔机是一种特殊类型的AUV（水下自主航行器），利用它自身浮力的轻微改变，再配合机翼将垂直运动改变成水平运动，因此以非常低的电能消耗推动自身前进，实现超长航程和续航力。即可以通过搭载相关传感器在海水中做剖面测量，获取海洋环境数据；也可以安装相应的监测设备，对海洋环境进行监测。 本文研究通过采用将大浮力驱动布置在舯部和优化线型减阻来设计一款大浮力驱动水下滑翔机，以实现低速(0.5kn)、中速(1kn)、高速(2kn)和多姿态(20°～40°)滑翔的目的，能在2节流以及海水密度变化较大的海域使用，满足我国部分高海流环境多种海洋要素的自主、实时、机动测量，提升我国水下滑翔机对复杂海洋环境监测和情报保障的能力。 本文主要的工作是进行了水下滑翔机的外形设计及优化和大浮力驱动水下滑翔机的特性分析，包括其抗流性及俯仰和偏航状态下的操控性。通过建立水下滑翔机动力学模型，进行流体动力分析和仿真计算，确定相关设计参数和系统的运动特性；结合水下滑翔机水池和湖上试验，验证了本水下滑翔机设计、建模、仿真的正确性和功能实现的有效性。本文主要的研究成果为： (1)利用标准遗传算法，设计优化了水下滑翔机的外形。 (2)利用CFD软件对所设计的模型进行了流体动力计算，分析了各自的水动力特点，得出水动力参数。 (3)设计了一款具有较大调节能力的浮力调节装置，为水下滑翔机的抗流性奠定了基础。 (4)建立了水下滑翔机的动力学模型，并对水下滑翔机在俯仰和偏航状态下的操控性进行分析，研究了水下滑翔器设计参数与运动性能的关系，获得了水下滑翔器运动速度范围和运动方向范围，，并确定了相关的设计参数。
【关键词】：水下滑翔机 海洋环境监测 浮力调节装置 动力学建模
【学位授予单位】：中国舰船研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U674.941
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 引言10-11
• 1.2 水下滑翔机运动机理11-12
• 1.3 国内外研究现状12-18
• 1.3.1 国外研究现状12-17
• 1.3.2 国内研究现状17-18
• 1.4 水下滑翔机技术发展分析18-22
• 1.4.1 动力学特性及操控性研究现状18-20
• 1.4.2 研究意义及我国水下滑翔机应用分析20-22
• 1.5 研究内容22-24
• 第二章 水下滑翔机外形设计及优化24-32
• 2.1 引言24
• 2.2 主载体的设计24-27
• 2.3 附体的设计27-31
• 2.3.1 水平滑翔翼的设计28-30
• 2.3.2 水平滑翔翼的安装位置设计30-31
• 2.3.3 垂直稳定翼的设计31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 流体动力分析32-51
• 3.1 引言32
• 3.2 基本理论与研究方法32-36
• 3.2.1 标准 k-ε模型34
• 3.2.2 RNG k-ε模型34-35
• 3.2.3 Realizable k-ε模型35-36
• 3.2.4 混合模型36
• 3.3 模型计算36-38
• 3.3.1 计算区域和边界条件36-37
• 3.3.2 网格划分和数值计算方法37-38
• 3.4 计算结果及分析38-47
• 3.4.1 水动力参数38
• 3.4.2 俯仰状态下的流体动力38-43
• 3.4.3 偏航状态下的流体动力43-47
• 3.5 模型拖曳试验47-50
• 3.6 本章小结50-51
• 第四章 水下滑翔机抗流性分析51-61
• 4.1 引言51
• 4.2 浮力调节系统组成及工作原理51-52
• 4.3 浮力调节系统实施方案52-55
• 4.3.1 气囊式油箱52-53
• 4.3.2 活塞式油囊53-54
• 4.3.3 浮力调节系统最终设计方案54-55
• 4.4 主要元器件参数55-57
• 4.4.1 液压泵的选择55
• 4.4.2 电机的选择55-56
• 4.4.3 管路设计56
• 4.4.4 电磁阀的选择56
• 4.4.5 压力传感器的选择56-57
• 4.4.6 温度传感器的选择57
• 4.5 控制电路流程57-58
• 4.6 浮力调节装置安装位置58
• 4.7 浮力驱动效率58-60
• 4.8 本章小结60-61
• 第五章 动力学建模及其操控性研究61-80
• 5.1 引言61
• 5.2 坐标系的建立61-63
• 5.3 水下滑翔机运动方程及三维模型63-64
• 5.4 俯仰状态下操控性分析64-73
• 5.4.1 俯仰状态下动力学仿真65-68
• 5.4.2 俯仰状态时稳态参数分析68-72
• 5.4.3 俯仰状态试验研究72-73
• 5.5 偏航状态下操控性分析73-79
• 5.6 本章小结79-80
• 第六章 总结与展望80-82
• 6.1 总结80-81
• 6.2 展望81-82
• 致谢82-83
• 参考文献83-87
• 学术论文和科研成果目录87

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：859755