圆碟形水下滑翔机耐压壳结构优化与装配偏差计算及外形减阻分析
发布时间：2021-01-02 05:51
圆碟形水下滑翔机有着很好的水下机动性和操纵性,能够在一些固定水深范围和复杂水域进行长时间待机工作,具有成本较低、续航力持久、水下机动性灵活以及远距离遥控操控等优点,因此在科研观测和资源勘探等领域具有广泛的应用。随着圆碟形水下滑翔机的用途多样化,对其性能要求也更高。水下滑翔机大部分质量分布于耐压壳,为了保证圆碟形水下滑翔机更持久的续航能力,需要对耐压壳做轻量化处理;深海的复杂环境也需要其耐压壳有足够的抗压强度和结构稳定性;圆碟形水下滑翔机的外形需要更好的流体动力性来降低运动阻力,提高升阻比。因此圆碟形水下滑翔机的耐压壳强度稳定性计算、耐压壳轻量化和外形水动力学优化等问题需要更深入研究。本文针对一种新型圆碟形水下滑翔机的耐压壳结构和外形进行优化分析。内容主要包括:球-环-环形耐压壳结构优化;对圆碟形水下滑翔机耐压壳装配偏差进行优化计算;优化圆碟形水下滑翔机的机身外形使其具有更好的流体动力性能。主要内容如下:（1）球-环-环形耐压壳的结构优化通过正交试验法分析对比耐压壳的壳厚、小环肋厚度、大环肋厚度对耐压壳强度稳定性及质量的影响程度;对耐压壳环肋进行开孔试验,通过正交试验法筛选包括方形孔、椭...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１球－环－环形耐压壳剖视图??Ｆｉｇ．?２．１?Ｐｒｏｆｉｌｅ?ｖｉｅｗ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｂａｌｌ－ｒｉｎｇ－ｒｉｎｇ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｓｈｅｌｌ??
碟形水下滑翔机的外形设计二维垂直面内研究讨论。圆碟形水下滑翔机在水中的运动轨??迹呈现锯齿状，如图２．３所示。??巾；载系浮力调节系统??ｍ３姿态调整系统?、：＝＾二二??＇．?ｊ—＇．?…??图２．２圆碟形水下滑翔机内部结构简图??Ｆｉｇ．?２．２?Ａ?ｂｒｉｅｆ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｉｎｔｅｒｉｏｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?Ｃｉｒｃｕｌａｒ?Ｄｉｓｃ?Ｕｎｄｃｉ－ｗａｔｃｒ?Ｇｌｉｄｅｒ??ｓ＇、?么、??，Ｊ?＼?０?＼??图２．３圆碟形水下滑翔机运动轨迹??Ｆｉｇ．?２．３?Ｔｒａｊｅｃｔｏｉｙ?ｏｆ?ｔｈｅ?Ｃｉｒｃｕｌａｒ?Ｄｉｓｃ?Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ?Ｇｌｉｄｅｒ??如图２．４，本文采用体坐标系和惯性坐标系描述水下滑翔机的运动，屮惯性坐标??系Ｅ－Ｐｗ固定于惯性空间，其中Ｅｃｏ的方向与重力的方向相同，体坐标系ｏ－ｘｚ的原点位于??滑翔机的形心处，坐标轴如图所示。由于圆碟形水下滑翔机是轴对称形状，因此向左稳??７??
３．２球－环－环耐压壳参数化建模??在建模之前定义参数，将球－环－环耐压壳整体半径Ｒ，中心球半径Ｒ！，小环截面圆??半径Ｒ２，大环的截面圆半径中心球圆心和小环截面圆心之间距离Ｌｉ，小环截面和??大环截面圆心之间距离Ｌ２，耐压壳凸缘的高度为Ｔ；耐压壳体厚度Ｘ！，小环肋厚度Ｘ！，??大环肋厚度Ｘ２。球－环－环耐压壳拓扑结构图如图３．３所示。??ｘ２?ＪＬ，?ｘ４Ｌ?＾????Ｌ１???１２????Ｒ???图３．３球－环－环耐压壳拓扑结构图??Ｆｉｇ．?３．３?Ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｂａｌｌ－ｒｉｎｇ－ｒｉｎｇ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｓｈｅｌｌ??对球－环－环形耐压壳的优化设计，保证Ｒ、Ｒ｜、ｒ２、ｒ３、Ｌｌ、Ｌ２、Ｔ不变前提下，对??耐压壳的变量：Ｘ，、Ｘ２、Ｘ３，对进行参数建模和设计优化。表３．２显示球－环－环耐压壳初??始设计参数。??表３．２初始设计耐压壳几何参数??Ｔａｂ．?３．２?Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｉｎｉｔｉａｌ?ｄｅｓｉｇｎ?ｏｆ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｓｈｅｌｌ??定量?ｎ?？??参数?Ｒ?Ｒｉ?Ｒ：?Ｒｉ?Ｌ，?Ｌ２?Ｔ?Ｘ，?Ｘ２?Ｘ３??尺寸／ｍｍ?３７５?１３６?７０?３４?２１０?１０８?７?５?１０?１０??对球－环－环形耐压壳进行静力学分析，由于球－环－环形耐压壳是环形循环对称结构，??为提高计算精确度和减小计算量，只采用９０°的范围对模型计算。??耐压壳的静力学分析基本流程如图３．４，初始设计计算结果如表３．３。??１１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国水下滑翔机技术发展建议与思考[J]. 钱洪宝,卢晓亭. 水下无人系统学报. 2019(05)
[2]复合材料耐压壳环肋加强区的结构优化设计[J]. 杨卓懿,王亚楠,宋磊,王俊俊. 玻璃钢/复合材料. 2019(05)
[3]一种联翼式水下滑翔机外形优化设计方法[J]. 李天博,王鹏,孙斌,黎程山. 哈尔滨工业大学学报. 2019(04)
[4]基于组合优化算法的碟形水下滑翔机结构优化[J]. 甄春博,邱吉廷,英扬,王天霖,于鹏垚. 科学技术与工程. 2019(09)
[5]圆碟形水下滑翔机外形设计研究[J]. 于鹏垚,沈聪,王天霖,张博然. 中国造船. 2018(04)
[6]碟形水下滑翔器耐压壳的结构优化[J]. 刘德良,曹淑华,王天霖,路慧彪. 海洋技术学报. 2018(03)
[7]水下滑翔机技术发展现状与展望[J]. 沈新蕊,王延辉,杨绍琼,梁岩,李昊璋. 水下无人系统学报. 2018(02)
[8]波浪滑翔器纵向速度与波浪参数定量分析[J]. 桑宏强,李灿,孙秀军. 水下无人系统学报. 2018(01)
[9]“海翼”深海滑翔破世界纪录[J]. 倪伟波. 科学新闻. 2018(01)
[10]拉丁超立方抽样在非能动系统可靠性分析中的应用与发展[J]. 蒋立志,蔡琦,张永发,时浩. 核科学与工程. 2017(05)
博士论文
[1]混合驱动水下滑翔机系统设计与运动行为研究[D]. 刘方.天津大学 2014
硕士论文
[1]圆碟形水下滑翔机耐压壳参数化设计与优化[D]. 英扬.大连海事大学 2017
本文编号：2952781
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１球－环－环形耐压壳剖视图??Ｆｉｇ．?２．１?Ｐｒｏｆｉｌｅ?ｖｉｅｗ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｂａｌｌ－ｒｉｎｇ－ｒｉｎｇ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｓｈｅｌｌ??
碟形水下滑翔机的外形设计二维垂直面内研究讨论。圆碟形水下滑翔机在水中的运动轨??迹呈现锯齿状，如图２．３所示。??巾；载系浮力调节系统??ｍ３姿态调整系统?、：＝＾二二??＇．?ｊ—＇．?…??图２．２圆碟形水下滑翔机内部结构简图??Ｆｉｇ．?２．２?Ａ?ｂｒｉｅｆ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｉｎｔｅｒｉｏｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?Ｃｉｒｃｕｌａｒ?Ｄｉｓｃ?Ｕｎｄｃｉ－ｗａｔｃｒ?Ｇｌｉｄｅｒ??ｓ＇、?么、??，Ｊ?＼?０?＼??图２．３圆碟形水下滑翔机运动轨迹??Ｆｉｇ．?２．３?Ｔｒａｊｅｃｔｏｉｙ?ｏｆ?ｔｈｅ?Ｃｉｒｃｕｌａｒ?Ｄｉｓｃ?Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ?Ｇｌｉｄｅｒ??如图２．４，本文采用体坐标系和惯性坐标系描述水下滑翔机的运动，屮惯性坐标??系Ｅ－Ｐｗ固定于惯性空间，其中Ｅｃｏ的方向与重力的方向相同，体坐标系ｏ－ｘｚ的原点位于??滑翔机的形心处，坐标轴如图所示。由于圆碟形水下滑翔机是轴对称形状，因此向左稳??７??
３．２球－环－环耐压壳参数化建模??在建模之前定义参数，将球－环－环耐压壳整体半径Ｒ，中心球半径Ｒ！，小环截面圆??半径Ｒ２，大环的截面圆半径中心球圆心和小环截面圆心之间距离Ｌｉ，小环截面和??大环截面圆心之间距离Ｌ２，耐压壳凸缘的高度为Ｔ；耐压壳体厚度Ｘ！，小环肋厚度Ｘ！，??大环肋厚度Ｘ２。球－环－环耐压壳拓扑结构图如图３．３所示。??ｘ２?ＪＬ，?ｘ４Ｌ?＾????Ｌ１???１２????Ｒ???图３．３球－环－环耐压壳拓扑结构图??Ｆｉｇ．?３．３?Ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｂａｌｌ－ｒｉｎｇ－ｒｉｎｇ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｓｈｅｌｌ??对球－环－环形耐压壳的优化设计，保证Ｒ、Ｒ｜、ｒ２、ｒ３、Ｌｌ、Ｌ２、Ｔ不变前提下，对??耐压壳的变量：Ｘ，、Ｘ２、Ｘ３，对进行参数建模和设计优化。表３．２显示球－环－环耐压壳初??始设计参数。??表３．２初始设计耐压壳几何参数??Ｔａｂ．?３．２?Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ?ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｉｎｉｔｉａｌ?ｄｅｓｉｇｎ?ｏｆ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｓｈｅｌｌ??定量?ｎ?？??参数?Ｒ?Ｒｉ?Ｒ：?Ｒｉ?Ｌ，?Ｌ２?Ｔ?Ｘ，?Ｘ２?Ｘ３??尺寸／ｍｍ?３７５?１３６?７０?３４?２１０?１０８?７?５?１０?１０??对球－环－环形耐压壳进行静力学分析，由于球－环－环形耐压壳是环形循环对称结构，??为提高计算精确度和减小计算量，只采用９０°的范围对模型计算。??耐压壳的静力学分析基本流程如图３．４，初始设计计算结果如表３．３。??１１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国水下滑翔机技术发展建议与思考[J]. 钱洪宝,卢晓亭. 水下无人系统学报. 2019(05)
[2]复合材料耐压壳环肋加强区的结构优化设计[J]. 杨卓懿,王亚楠,宋磊,王俊俊. 玻璃钢/复合材料. 2019(05)
[3]一种联翼式水下滑翔机外形优化设计方法[J]. 李天博,王鹏,孙斌,黎程山. 哈尔滨工业大学学报. 2019(04)
[4]基于组合优化算法的碟形水下滑翔机结构优化[J]. 甄春博,邱吉廷,英扬,王天霖,于鹏垚. 科学技术与工程. 2019(09)
[5]圆碟形水下滑翔机外形设计研究[J]. 于鹏垚,沈聪,王天霖,张博然. 中国造船. 2018(04)
[6]碟形水下滑翔器耐压壳的结构优化[J]. 刘德良,曹淑华,王天霖,路慧彪. 海洋技术学报. 2018(03)
[7]水下滑翔机技术发展现状与展望[J]. 沈新蕊,王延辉,杨绍琼,梁岩,李昊璋. 水下无人系统学报. 2018(02)
[8]波浪滑翔器纵向速度与波浪参数定量分析[J]. 桑宏强,李灿,孙秀军. 水下无人系统学报. 2018(01)
[9]“海翼”深海滑翔破世界纪录[J]. 倪伟波. 科学新闻. 2018(01)
[10]拉丁超立方抽样在非能动系统可靠性分析中的应用与发展[J]. 蒋立志,蔡琦,张永发,时浩. 核科学与工程. 2017(05)
博士论文
[1]混合驱动水下滑翔机系统设计与运动行为研究[D]. 刘方.天津大学 2014
硕士论文
[1]圆碟形水下滑翔机耐压壳参数化设计与优化[D]. 英扬.大连海事大学 2017
本文编号：2952781
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