本文的研究對象是一種圓碟形自主水下機器人——水下直升機。其設(shè)計目標(biāo)包括全周轉(zhuǎn)向及垂直起降等,其中垂直起降是水下直升機的重要功能。頻繁的垂向運動易受到海流的干擾,而海中環(huán)境復(fù)雜,浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)響應(yīng)慢,無法快速擺脫海流的影響,需要設(shè)計一種機構(gòu)快速穩(wěn)定的操縱垂向運動,滿足經(jīng)濟適用,能耗低的目標(biāo)。為了優(yōu)化水下直升機的垂向運動性能,綜合考慮圓碟形水下直升機的旋轉(zhuǎn)運動特點,本文提出了一種垂向矢量螺旋槳推進器,基于水動力分析軟件ANSYS-FLUENT對水動力性能進行計算分析。本文的研究內(nèi)容可以歸納為:圍繞優(yōu)化水下直升機的垂直起降功能設(shè)計了垂向矢量螺旋槳推進器。在水下直升機垂向自轉(zhuǎn)下潛時,它與水下直升機組成一個似螺旋槳結(jié)構(gòu),產(chǎn)生與運動方向相同的推力,提升垂向運動能力;采用模擬仿真計算軟件對水下直升機在不同槳艇面積比下的垂直下潛水動力性能進行計算分析,并與前期研究成果進行對比。結(jié)果表明,隨著槳艇面積比的增大,阻力變大;基于網(wǎng)格無關(guān)性驗證,有效地分析了裝配特殊垂向矢量推進器的水下直升機在自轉(zhuǎn)下潛時的水動力性能,探究槳艇面積比、葉數(shù)、螺距角和槳型的不同對其垂直面運動水動力性能的影響,研究上述參數(shù)的最優(yōu)組合,優(yōu)化垂向矢量推進器對水下直升機垂直上浮和下潛運動的性能;螺旋槳數(shù)值驗證方面,對螺旋槳水動力性能進行分析,得出敞水性征曲線圖與插值法得到的相同螺距比下的敞水性征曲線圖對比,最大誤差為9.84%,最小誤差僅為2.12%,驗證了計算結(jié)果的準(zhǔn)確性;水池試驗進行對比驗證,得到水下直升機合力試驗數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)誤差均小于10%,一定程度上驗證了仿真計算的合理性和有效性。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U674.941
【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 引言
        1.2.2 水下機器人發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.3 裝備矢量推進系統(tǒng)的AUV發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.4 圓碟形水下機器人發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.5 水下直升機發(fā)展現(xiàn)狀
    1.3 AUV水動力性能分析的研究現(xiàn)狀
    1.4 論文主要研究內(nèi)容
2 垂向矢量推進器
    2.1 引言
    2.2 垂向矢量推進器設(shè)計
        2.2.1 建立坐標(biāo)系
        2.2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計
    2.3 螺旋槳的模型建模
    2.4 圓碟形水下直升機矢量推進器設(shè)計
    2.5 本章小結(jié)
3 垂向矢量推進器水動力分析及優(yōu)化
    3.1 引言
    3.2 CFD理論
    3.3 槳艇面積比概念及垂直下潛水動力性能分析
    3.4 槳艇面積比對水下直升機垂直面水動力性能影響
        3.4.1 模型建立和網(wǎng)格劃分
        3.4.2 邊界條件設(shè)定
        3.4.3 網(wǎng)格無關(guān)性驗證
        3.4.4 模擬仿真結(jié)果
    3.5 槳葉數(shù)量對水下直升機垂直面水動力性能影響
    3.6 MAU4-53槳葉螺距角對水下直升機垂直面水動力性能影響
    3.7 探究不同槳型對水下直升機垂直面水動力性能影響
    3.8 本章小結(jié)
4 數(shù)值及試驗驗證
    4.1 引言
    4.2 數(shù)值驗證
    4.3 試驗驗證
        4.3.1 無垂向速度模擬仿真
        4.3.2 水池試驗結(jié)果
    4.4 本章小結(jié)
5 總結(jié)與展望
    5.1 論文總結(jié)
    5.2 創(chuàng)新點
    5.3 展望
參考文獻
作者簡介

【參考文獻】

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本文編號：2864082