【摘要】：海洋觀測(cè)任務(wù)的多樣化以及工作環(huán)境的復(fù)雜多變對(duì)水下滑翔機(jī)運(yùn)動(dòng)模式以及運(yùn)動(dòng)性能提出了更多更高的要求。機(jī)翼作為水下滑翔機(jī)的核心部件之一,對(duì)水下滑翔機(jī)的航行性能具有決定性的作用。目前水下滑翔機(jī)所使用的機(jī)翼多為平板固定機(jī)翼,且不具有自適應(yīng)能力。為此,論文以提高水下滑翔機(jī)的運(yùn)動(dòng)性能為目標(biāo),提出一種具有柔性后緣的機(jī)翼設(shè)計(jì)方案,并提出一種自適應(yīng)控制策略。論文研究成果對(duì)于開發(fā)新型高性能水下航行器開辟了新思路。以“海燕”水下滑翔機(jī)的平板機(jī)翼為對(duì)象,基于水下航行器運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性判定方法,推導(dǎo)了機(jī)翼后緣變化時(shí)水下滑翔機(jī)的滑翔經(jīng)濟(jì)性、運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性和機(jī)動(dòng)性判別公式�；诖伺袆e公式,并結(jié)合計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)仿真結(jié)果,探討了平板機(jī)翼后緣彎折方向、彎折角度及后緣差動(dòng)變化對(duì)水下滑翔機(jī)的縱垂面航行經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性、以及水平面運(yùn)動(dòng)機(jī)動(dòng)性和穩(wěn)定性的影響,獲得了在不同攻角下機(jī)翼后緣彎折角度的合適變化范圍。分析結(jié)果表明,合適的機(jī)翼后緣變化可以大大提高水下滑翔機(jī)的航行經(jīng)濟(jì)性和機(jī)動(dòng)性,并且對(duì)滑翔機(jī)整體的穩(wěn)定性影響不大。研究成果為論文后續(xù)柔性機(jī)翼概念設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論支持。基于平板機(jī)翼后緣變化對(duì)水下滑翔機(jī)航行性能的影響結(jié)果,對(duì)比分析了平板矩形翼型和NACA系列翼型的水動(dòng)力特性,確定了柔性后緣機(jī)翼的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)翼型。提出了機(jī)翼后緣變形的兩種驅(qū)動(dòng)方案:即通過智能壓電纖維材料(Macro-Fiber Composite,MFC)實(shí)現(xiàn)的柔性驅(qū)動(dòng)和利用絲傳動(dòng)的柔性傳動(dòng),基于兩種驅(qū)動(dòng)方案,開發(fā)了機(jī)翼后緣變形的自適應(yīng)變形策略。測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,兩種驅(qū)動(dòng)變形方案均可實(shí)現(xiàn)需要的機(jī)翼后緣變形。為了驗(yàn)證柔性后緣機(jī)翼對(duì)水下滑翔機(jī)運(yùn)動(dòng)性能的影響,以實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有“海燕”水下滑翔機(jī)為原型,開發(fā)了一款可搭載柔性后緣機(jī)翼的小尺度水下滑翔機(jī),該滑翔機(jī)包括機(jī)身主體、俯仰調(diào)節(jié)單元、總控單元(控制電路)、柔性機(jī)翼單元。水池試驗(yàn)的結(jié)果證明了開發(fā)的小尺度水下滑翔機(jī)搭載柔性機(jī)翼進(jìn)行水下運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)的可行性。
【圖文】：

圖 1-2 Slocum 混合驅(qū)動(dòng)滑翔機(jī)Figure 1-2 Slocum hybrid glider圖 1-3AUV Powered GliderFigure 1-3 AUV Powered Glider日本JAMSTEC (JapanAgency for Marine-Earth Science and Technology) 研究中心也在 2006 年研制了一臺(tái)混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)[17]，如圖 1-4 所示。該機(jī)機(jī)身

AUV[21]，如圖 1-8 所示。該機(jī)全長(zhǎng) 2.29 米，外徑 0.3 米，滑翔機(jī)尾部裝有螺旋槳推進(jìn)器，并帶有可控垂直尾舵和升降翼。該滑翔機(jī)的獨(dú)特之處在于其具有三種工作模式，，而且每一種工作模式的航行速度不同，因此不同工作模式下的滑翔運(yùn)動(dòng)需采取的控制方式不同。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U674.941

【參考文獻(xiàn)】

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1 宮宇龍;馬捷;劉雁集;張凱;;實(shí)驗(yàn)尺度水下滑翔機(jī)的機(jī)翼設(shè)計(jì)與水動(dòng)力分析[J];船舶工程;2015年08期

2 王樹新;劉方;邵帥;王延輝;牛文棟;吳芝亮;;混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)動(dòng)力學(xué)建模與海試研究[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2014年02期

3 官源林;李華峰;楊熙鑫;;基于MFC的復(fù)合型仿生魚尾的振動(dòng)性能[J];振動(dòng).測(cè)試與診斷;2013年S2期

4 田文龍;宋保維;劉鄭國(guó);;可控翼混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)運(yùn)動(dòng)性能研究[J];西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2013年01期

5 李穎虹;任小波;;深海的呼喚——深海技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及對(duì)策思考[J];中國(guó)科學(xué)院院刊;2011年05期

6 周懷陽;王虎;;一所獨(dú)特而令人深省的海洋研究機(jī)構(gòu):蒙特利海灣研究所(MBARI)[J];地球科學(xué)進(jìn)展;2011年06期

7 武建國(guó);陳超英;王樹新;張宏偉;王曉鳴;;混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔器滑翔狀態(tài)機(jī)翼水動(dòng)力特性[J];天津大學(xué)學(xué)報(bào);2010年01期

8 馬冬梅;馬崢;張華;姚惠之;;水下滑翔機(jī)水動(dòng)力性能分析及滑翔姿態(tài)優(yōu)化研究[J];水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展A輯;2007年06期

9 金翔龍;;二十一世紀(jì)海洋開發(fā)利用與海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展的展望[J];科學(xué)中國(guó)人;2006年11期

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1 劉方;混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)行為研究[D];天津大學(xué);2014年

2 武建國(guó);混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔器系統(tǒng)設(shè)計(jì)與性能分析[D];天津大學(xué);2010年

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2 孫夢(mèng)瑤;水下滑翔機(jī)粘性水動(dòng)力數(shù)值模擬方法研究[D];天津大學(xué);2014年

3 李承澤;壓電纖維復(fù)合材料自適應(yīng)后緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2610240