本文關(guān)鍵詞：50kg級(jí)水下自航行器整體水動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：50kg級(jí)水下自航行器（小型AUV），因具有航速快、機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、造價(jià)低的特點(diǎn)，在軍事和海洋資源開發(fā)等領(lǐng)域越來越受到人們的重視。水下自航行器的動(dòng)力來源于自身攜帶的能源，因此提高能源利用率成為衡量AUV性能的一個(gè)重要指標(biāo)。研究表明，減小航行阻力是提高AUV能源利用率的一個(gè)重要手段。為此開展AUV外形優(yōu)化，降低其航行阻力成為AUV研究的一個(gè)十分重要的課題。本文以設(shè)計(jì)一款低阻水下自航行器為研究目標(biāo)，探索在保證一定排水量的前提下，減少AUV水阻力的有效方法。圍繞這一目標(biāo)，本文開展了以下幾方面的研究： （1）根據(jù)課題提供的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在保證一定排水量的前提下，完成了水下自航行器原型機(jī)的低阻力外形設(shè)計(jì)，其主要包括主體的流線型回轉(zhuǎn)體的剖面線型的選取、主體的水動(dòng)力特性分析與設(shè)計(jì)，附體尾舵的翼型選取與設(shè)計(jì)，以及原型機(jī)的水動(dòng)力性能分析。 （2）在原型機(jī)外形的基礎(chǔ)上，基于多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化軟件Isight，采用多目標(biāo)遺傳優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，對(duì)原型機(jī)外形進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，其主要內(nèi)容包括AUV模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)、水動(dòng)力計(jì)算的前后處理一體化與自動(dòng)化、優(yōu)化算法對(duì)計(jì)算結(jié)果的分析與處理，優(yōu)化后外形與原型機(jī)的水動(dòng)力性能分析對(duì)比。在保證一定排水量的前提下，，獲得了水下自航行器的最佳水動(dòng)力外形，為以后的設(shè)計(jì)工作提供了依據(jù)。 （3）在優(yōu)化的水下自航行器外形基礎(chǔ)上，按照模塊化設(shè)計(jì)方法，完成了AUV系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與加工，其主要內(nèi)容包括耐壓殼體的設(shè)計(jì)、艙體間的連接與密封、方向調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì)、推進(jìn)系統(tǒng)中螺旋槳的設(shè)計(jì)和主推電機(jī)的確定等。為同類型AUV設(shè)計(jì)與研發(fā)提供了參考依據(jù)。 （4）通過近似計(jì)算獲取了水下自航行器的水動(dòng)力系數(shù)。采用等值橢球體及等值平板的理論，近似計(jì)算得到了加速度系數(shù)、速度系數(shù)、舵角系數(shù)、角速度系數(shù)等AUV的大部分水動(dòng)力系數(shù)，為AUV的操縱性能分析和水下試驗(yàn)提供了依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：水下自航行器 外形優(yōu)化 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) MDO CFD
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)計(jì)量學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U674.941;U661.1
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-16
• 1 緒論16-25
• 1.1 研究背景與意義16
• 1.2 水下自航行器概述16-22
• 1.2.1 水下機(jī)器人的分類16-19
• 1.2.2 AUV 的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀19-22
• 1.3 水下自航行器水動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)化設(shè)計(jì)研究現(xiàn)狀22-23
• 1.4 課題來源及主要研究?jī)?nèi)容23-25
• 2 水下自航行器外形初步設(shè)計(jì)及水動(dòng)力計(jì)算25-45
• 2.1 數(shù)值模擬理論基礎(chǔ)25-32
• 2.1.1 計(jì)算模型26-29
• 2.1.2 網(wǎng)格劃分及自適應(yīng)網(wǎng)格的應(yīng)用29-30
• 2.1.3 計(jì)算條件的設(shè)定30-31
• 2.1.4 計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證31-32
• 2.2 機(jī)體外型方案選型32-39
• 2.2.1 幾種常見回轉(zhuǎn)體線型32-34
• 2.2.2 五種主體構(gòu)型的水動(dòng)力性能計(jì)算與分析34-37
• 2.2.3 方案選型37-39
• 2.3 尾舵水動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)與分析39-43
• 2.3.1 翼型選擇39-40
• 2.3.2 尾舵參數(shù)40-42
• 2.3.3 尾舵數(shù)值計(jì)算分析42-43
• 2.3.4 尾舵設(shè)計(jì)小結(jié)43
• 2.4 水下自航行器原型機(jī)的水動(dòng)力分析43-44
• 2.5 本章小結(jié)44-45
• 3 基于 Isight 的水下自航行器外形優(yōu)化及水動(dòng)力性能分析45-61
• 3.1 多目標(biāo)優(yōu)化理論45-49
• 3.1.1 多目標(biāo)優(yōu)化理論概論45-46
• 3.1.2 遺傳算法基本原理和步驟46-47
• 3.1.3 NSGA-II 算法47-49
• 3.2 多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件 Isight 簡(jiǎn)介49-50
• 3.2.1 Isight 主要功能和優(yōu)勢(shì)49-50
• 3.2.2 Isight 工作流程50
• 3.3 基于 Isight 的 AUV 外形優(yōu)化流程的建立50-55
• 3.3.1 Isight 接口模塊51-52
• 3.3.2 參數(shù)化建模模塊52-53
• 3.3.3 AUV 網(wǎng)格劃分模塊53
• 3.3.4 CFD 計(jì)算模塊53
• 3.3.5 優(yōu)化算法模塊53-54
• 3.3.6 優(yōu)化流程54-55
• 3.4 AUV 外形優(yōu)化設(shè)計(jì)55-58
• 3.4.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)公式55-56
• 3.4.2 優(yōu)化結(jié)果56-58
• 3.5 優(yōu)化前后 AUV 水動(dòng)力性能分析對(duì)比58-60
• 3.6 本章小結(jié)60-61
• 4 水下自航行器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)61-70
• 4.1 水下自航行器整體布局61-62
• 4.2 耐壓殼體的設(shè)計(jì)62-64
• 4.2.1 耐壓殼體材料選擇62-63
• 4.2.2 耐壓殼體厚度63
• 4.2.3 耐壓殼體強(qiáng)度計(jì)算與分析63-64
• 4.3 模塊化殼體連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)64-65
• 4.4 方向調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)65-66
• 4.5 推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)66-68
• 4.5.1 螺旋槳的設(shè)計(jì)66-67
• 4.5.2 推進(jìn)電機(jī)的確定67-68
• 4.6 具體技術(shù)指標(biāo)68-69
• 4.7 本章小結(jié)69-70
• 5 水下自航行器水動(dòng)力系數(shù)的估算70-82
• 5.1 附加質(zhì)量估算70-73
• 5.1.1 附加質(zhì)量的性質(zhì)71-72
• 5.1.2 主體的附加質(zhì)量72
• 5.1.3 附體的附加質(zhì)量72-73
• 5.2 加速度系數(shù)估算73-75
• 5.3 速度系數(shù)估算75-78
• 5.4 舵角系數(shù)估算78-79
• 5.5 角速度系數(shù)估算79-81
• 5.6 水動(dòng)力系數(shù)匯總81
• 5.7 本章小結(jié)81-82
• 6 總結(jié)與展望82-84
• 6.1 總結(jié)82-83
• 6.2 展望83-84
• 參考文獻(xiàn)84-91
• 作者簡(jiǎn)歷91-92

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前6條

1 趙加鵬;張?jiān)坪?任

本文編號(hào)：259531