【摘要】：無人水下航行器可運用于海洋資源勘察、水下考古和海洋環(huán)境監(jiān)測,其可高效工作在低溫、高壓環(huán)境下,已經(jīng)逐漸成為探索藍色海洋的新工具,吸引了世界各國的目光。本實驗室研究的四旋翼水下航行器是一款新型水下航行器,結(jié)構(gòu)類似四旋翼無人機,通過固定于艇身側(cè)的四個推進器的協(xié)作運行實現(xiàn)航行器的水下六個自由度的運動。相比傳統(tǒng)的魚雷式推進方式,四旋翼結(jié)構(gòu)的機動性和穩(wěn)定性得到了明顯的增強。本文的主要研究內(nèi)容分為以下部分:首先,為了滿足實際需要,基于設(shè)計目標,設(shè)計了三款四旋翼結(jié)構(gòu)的水下航行器整體結(jié)構(gòu),分別為非法蘭式、法蘭式和翻蓋法蘭式結(jié)構(gòu),并對殼體結(jié)構(gòu)和推進器連接進行了詳細的設(shè)計。然后,針對四旋翼水下航行器的結(jié)構(gòu)特點,采用計算流體力學方法,分析了推進器位置等因素對其所受水阻力的影響,并在滿足重力一定量的條件下,對其以減阻為目標進行外形優(yōu)化仿真計算,得知主要的外形參數(shù)。仿真結(jié)果表明,利用遺傳算法優(yōu)化設(shè)計后的外殼所受水阻力明顯降低。最后,針對RS-232的串口,基于Visual Studio平臺用C#語言構(gòu)建了一個上位機界面,滿足了串口通信、數(shù)據(jù)實時顯示和控制命令發(fā)送功能。實驗調(diào)試證明該上位機有效實現(xiàn)了航行器與人的互動,保證了航行器可靠有效運動。本文的研究基于以往的理論研究,分析四旋翼結(jié)構(gòu)對其整體外形設(shè)計、外形優(yōu)化,并基于計算機仿真得到的外形參數(shù)設(shè)計了四旋翼無人水下航行器的整體結(jié)構(gòu)。同時,結(jié)合四旋翼航行器的運動特點,編寫了上位機的程序。
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各國對水下航行器的運行機理都提出了新的概念和模型�？茖W家們嘗逡逑試研究海生生物的運動方式，模仿其推進方式和外形將其應(yīng)用于水下航行器上。逡逑新加坡近期研究了一款仿生魔鬼魚的機器人，如圖１．１所示，其內(nèi)部僅配有一個逡逑馬達，，依靠流體和魚鰭的相互作用來進行水下作業(yè)，具有靈活多變、形似真魚的逡逑特點，可和真魚一起活動而不被發(fā)現(xiàn)。逡逑ｒ邐Ｈ邋Ｐ逡逑＂丨丨丨丨ｔ＿＿丨丨丨＿＿逡逑圖１．１新加坡仿生水下機器人逡逑國內(nèi)外研究人員除了對水下航行器的運行機理有所關(guān)注外，也有推進器布置逡逑方式、外形設(shè)計和航行器的界面設(shè)計等相關(guān)研究報道。逡逑３逡逑

１．３．１航行器的推進器布置方式研究現(xiàn)狀逡逑有人通過研究水下航行器的推進器布置方式來提高其效率。意大利ＭＡＭ研究逡逑室研制的自主水下航行器“ｔｙｐｈｏｏｎ”，如圖１．２所示，艇身配有４個推

本文編號：2643730