【摘要】：小型海洋航行器日益發(fā)揮著巨大的作用,而能源問(wèn)題始終是制約其航程的重要瓶頸。擺翼式波浪能發(fā)電海洋航行器是在普通航行器的基礎(chǔ)上改造而來(lái),其不同之處就在于它的兩側(cè)有兩個(gè)用來(lái)發(fā)電的擺翼。外加擺翼改變了其阻力,需要具體研究不同速度下的阻力大小,而阻力與推進(jìn)性能密切相關(guān),良好的推進(jìn)系統(tǒng)可以起到節(jié)約能源,增大續(xù)航力的效果。此外,推進(jìn)形式的選擇也至關(guān)重要,在相同的功率下以更高的推力和效率航行也是小型海洋航行器重要的發(fā)展方向。針對(duì)這些問(wèn)題,以擺翼式波浪能發(fā)電海洋航行器的阻力研究為切入點(diǎn),選擇對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳推進(jìn)并對(duì)其推進(jìn)性能進(jìn)行了優(yōu)化研究。主要研究工作如下:(1)針對(duì)擺翼式波浪能發(fā)電海洋航行器的阻力計(jì)算問(wèn)題,選擇計(jì)算流體力學(xué)(CFD)方法來(lái)計(jì)算。根據(jù)航行器的實(shí)際尺寸參數(shù),利用SolidWorks建立航行器的三維模型,然后利用ANSYS ICEM和Fluent進(jìn)行仿真計(jì)算,得到不同航速下的阻力。為了確定仿真計(jì)算的準(zhǔn)確性,利用1957 ITTC經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出摩擦阻力的理論值并與數(shù)值計(jì)算值比較,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行推進(jìn)系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)。(2)推進(jìn)形式的選擇方面,選擇對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳推進(jìn),首先根據(jù)阻力計(jì)算結(jié)果選擇MAU型螺旋槳進(jìn)行單槳的初步設(shè)計(jì),其次根據(jù)初步設(shè)計(jì)得到的參數(shù)進(jìn)行建模和仿真計(jì)算,分析計(jì)算結(jié)果并與設(shè)計(jì)要求比較,對(duì)初步設(shè)計(jì)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。然后對(duì)參數(shù)調(diào)整后的模型進(jìn)行仿真計(jì)算,來(lái)驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。仿真計(jì)算選擇三種不同的湍流模型,并將計(jì)算結(jié)果與MAU型螺旋槳的圖譜比較,作出三種模型的敞水曲線圖,來(lái)確定誤差大小并進(jìn)行分析。分析表明,SSTk-ω模型的誤差最小,因此后續(xù)的計(jì)算都采用該模型作為最佳模型。(3)對(duì)轉(zhuǎn)螺旋槳的設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化研究。首先根據(jù)要研究的參數(shù)建立不同的模型,然后利用前面得到的最佳模型即SST k-ω模型進(jìn)行水動(dòng)力計(jì)算,通過(guò)對(duì)比各模型的推力和效率等,得到最優(yōu)模型,從而得到最佳設(shè)計(jì)參數(shù)。建立等效單槳模型,在相同的功率系數(shù)下,對(duì)等效單槳和對(duì)轉(zhuǎn)槳的效率進(jìn)行比較。結(jié)果表明,對(duì)轉(zhuǎn)槳在提高推進(jìn)效率方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
【圖文】：

REMUS系列

圖 1-7 SV 系列波浪能滑翔機(jī)及其推進(jìn)原理表 1-1 SV 系列波浪能滑翔機(jī)基本參數(shù)Liquid Robotics SV 系列 Wave Glider SV2 Wave Glider SV3繩纜 6 m 4 m尺寸水面母船：210cm×60 cm水下?tīng)恳龣C(jī)：40cm×191cm水翼寬：107 cm水面母船：290×67 cm水下?tīng)恳龣C(jī)：21×190 cm水翼寬：143 cm重量 90 kg 122 kg航速1 級(jí)海況：0.25 m/s4 級(jí)海況：0.67 m/s1 級(jí)海況：0.51 m/s4 級(jí)海況：0.87 m/s水面母船的負(fù)載能力 18 kg 45 kg除美國(guó)外，其他國(guó)家也對(duì) AUV 進(jìn)行了深入研究。日本東京大學(xué)在 1992 年成功研發(fā)出 ALBAC 并進(jìn)行了測(cè)試，，由于沒(méi)有浮力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，只能做剖面滑翔運(yùn)動(dòng)。日本的九州大學(xué)研制的 BOOMERANG 和 LUNA 是一種蝶形的 AUV，它通
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：U664.14

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本文編號(hào)：2684266