水下自航行器外形优化设计与水动力性能分析

发布时间：2017-09-19 03:38

  本文关键词：水下自航行器外形优化设计与水动力性能分析

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【摘要】：水下自航行器的设计可以分为机械系统的设计和控制系统的设计两部分,机械系统是控制系统的载体,也是控制系统的基础；机械系统中整体外形又是影响整体性能的重要因素,因此本文在外形优化的基础上,通过水动力性能的分析,为后续控制系统的设计和水下试验奠定基础并提供前期数据依据。本文首先以第一代水下自航行器为基础,通过对其整体外形的分析,并对其进一步优化,从而获得具有更好水动力性能的外形,为控制系统的设计奠定了良好的硬件基础,其次从AUV水动力学方程的建立、近海底处的水动力性能研究和水动力系数的估算等三个方面进行分析研究。本文研究的主要内容如下：(1)根据本课题组第一代AUV的基础模型,在分析研究了一代AUV的基础上,针对其在设计、制造、安装、调试及水下试验等过程中遇到的问题,提出了进一步的优化方案,优化内容主要包括：主体流线型主要参数的确定,尾舵形位尺寸的确定,导流罩以及连接密封方式的优化设计。最后对原型机整体外形进行了多目优化设计,获得了具有更好水动力性能的水下自航行器外形。(2)运动建模与分析。介绍了描述AUV运动的两种坐标系及转换关系。然后通过分析AUV两种运动状态,给出了AUV的水平面和垂直面的运动方程。最后建立了AUV空间六自由度运动方程。(3)对水下自航行器在靠近海底处的水动力性能进行分析。主要研究分析了AUV距海底的距离、海底来流速度、攻角、海底AUV正前方倾角大小和倾角长度对AUV水动力性能的影响,为后续的水下试验和控制系统的设计提供了前期数据,并指导AUV在海底处正常安全航行。(4)介绍了求解AUV水动力系数的方法。并近似求解了部分水下自航行器的水动力系数,为水下自航行器后续控制系统的设计和水下试验奠定了基础。
【关键词】：水下自航行器 外形优化设计 动力学 近海底处 水动力系数
【学位授予单位】：中国计量大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U674.941
【目录】：

• 致谢6-7
• 摘要7-8
• abstract8-16
• 1 绪论16-24
• 1.1 课题研究的背景和意义16-17
• 1.2 国内外研究现状17-21
• 1.3 应用领域和发展方向21-23
• 1.4 课题来源及主要研究内容23-24
• 2 水下自航行器外形优化设计24-41
• 2.1 存在的问题与优化原则24-26
• 2.1.1 存在的问题25
• 2.1.2 优化原则25-26
• 2.2 外形的优化设计26-29
• 2.3 尾舵的优化设计29-32
• 2.3.1 尾舵形状的优化29-31
• 2.3.2 尾舵位置的优化31-32
• 2.4 导流罩的优化设计32-34
• 2.5 可靠性优化设计34-36
• 2.5.1 耐压壳体的设计34-35
• 2.5.2 连接35-36
• 2.5.3 密封36
• 2.6 整体外形优化36-40
• 2.6.1 优化过程37-38
• 2.6.2 优化结果38-40
• 2.7 本章小结40-41
• 3 水下自航行器动力学分析41-51
• 3.1 水下自航行器的运动建模41-45
• 3.1.1 坐标系的建立42-43
• 3.1.2 坐标系的转换43-45
• 3.2 水下自航行器水平面运动和垂直面运动45-47
• 3.2.1 水下自航行器的水平面运动45-46
• 3.2.2 水下自航行器的垂直面运动46-47
• 3.3 水下自航行器水下空间六自由度运动47-50
• 3.3.1 AUV受力分析47-48
• 3.3.2 六自由度运动方程48-50
• 3.4 本章小结50-51
• 4 水下自航行器近海底处水动力性能分析51-63
• 4.1 粘性流场数值计算理论51-52
• 4.1.1 控制方程51
• 4.1.2 湍流模型51-52
• 4.2 网格划分和Fluent参数设置52-56
• 4.2.1 网格划分53-54
• 4.2.2 Fluent参数设置54-55
• 4.2.3 网格独立性测试55-56
• 4.3 计算结果与分析56-62
• 4.3.1 阻力特性56-58
• 4.3.2 升力特性58-60
• 4.3.3 力矩特性60-62
• 4.4 本章小结62-63
• 5 水下自航行器水动力系数的估算63-73
• 5.1 附加质量估算63-67
• 5.1.1 附加质量的性质63-64
• 5.1.2 主体的附加质量64-66
• 5.1.3 附体的附加质量66-67
• 5.2 加速度系数估算67-69
• 5.3 速度系数估算69-71
• 5.4 舵角系数估算71-72
• 5.5 水动力系数汇总72
• 5.6 本章小结72-73
• 6 总结和展望73-75
• 6.1 总结73
• 6.2 展望73-75
• 参考文献75-80
• 作者简历80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：879275