1200米級深水作業(yè)型機器人水動力及運動響應性能研究
發(fā)布時間：2021-07-03 06:49
帶纜遙控水下機器人（ROV）是海洋工程中應用最廣泛的一類水下機器人,它根據可實現(xiàn)的功能分為觀察型與作業(yè)型。觀察型水下機器人主要應用于水域搜索、漁業(yè)養(yǎng)殖、水上娛樂和水下攝影等行業(yè);深水作業(yè)型水下機器人結構復雜,實現(xiàn)的功能多樣,水下作業(yè)能力強,廣泛應用于水下建筑支持、水下考古作業(yè)、海底搜尋打撈等領域。本文依托江蘇省高技術船舶協(xié)同創(chuàng)新中心科研項目——系列化ROV研發(fā)及關鍵部件研制,針對船舶與海洋平臺水下工程的實際需求,開展了深水作業(yè)型ROV以及相關子系統(tǒng)、關鍵部件的研究與研制工作�；贑FD數值方法研究該機器人的水動力性能,使用理論計算與數值求解相結合的方法研究了臍帶纜的阻力性能;使用滑移網格方法研究了螺旋槳的敞水性能,基于體積力法探究了ROV本體與螺旋槳全耦合狀態(tài)下的運動性能;根據水下機器人的方案設計,完成了水下機器人各部件的制作與選型,成功搭建了水下機器人的樣機并進行了系統(tǒng)調試。具體工作內容如下:基于模塊化設計思路,明確了深海作業(yè)型ROV的系統(tǒng)組成,并確定各系統(tǒng)的實施方案,完成了機器人各模塊材料的選取、結構形式的設計以及確定合適的安裝固定方式,依托有限元分析軟件對ROV關鍵部件進行了強度...
【文章來源】：江蘇科技大學江蘇省
【文章頁數】：125 頁
【學位級別】：碩士
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
1.1 課題背景與研究意義
1.2 國內外研究現(xiàn)狀
1.2.1 ROV的發(fā)展及應用現(xiàn)狀
1.2.2 ROV總體設計研究現(xiàn)狀
1.2.3 ROV水下耐壓艙體研究現(xiàn)狀
1.2.4 ROV水動力學性能研究現(xiàn)狀
1.3 本文主要研究內容
第2章 ROV系統(tǒng)模塊方案設計
2.1 設計內容
2.2 ROV系統(tǒng)結構組成
2.3 ROV系統(tǒng)功能實現(xiàn)方案
2.3.1 供電系統(tǒng)
2.3.2 控制系統(tǒng)
2.3.3 通訊系統(tǒng)
2.3.4 水下電源系統(tǒng)
2.3.5 動力驅動系統(tǒng)
2.3.6 勘察探測系統(tǒng)
2.3.7 機械作業(yè)系統(tǒng)
2.4 本章小結
第3章 深水作業(yè)型機器人本體結構設計
3.1 引言
3.2 深水作業(yè)型ROV模塊組成
3.3 框架模塊設計
3.3.1 材料選取
3.3.2 框架結構與裝配方式
3.4 耐壓艙模塊設計
3.4.1 艙體設計
3.4.2 耐壓艙內部框架設計
3.4.3 密封設計
3.5 水下推進器模塊設計
3.5.1 推進器性能參數
3.5.2 推進器模型設計
3.6 浮體模塊設計
3.7 ROV本體其余關鍵部件設計與選型
3.7.1 機械作業(yè)模塊設計
3.7.2 水下照明模塊設計
3.7.3 水下攝像模塊設計
3.7.4 水下聲吶模塊選型
3.8 ROV本體結構虛擬裝配
3.9 ROV本體浮性與穩(wěn)性校核
3.9.1 結構浮性與穩(wěn)性準則
3.9.2 結構浮性與穩(wěn)性調整
3.10 ROV關鍵部件結構強度與穩(wěn)定性分析
3.10.1 框架結構強度分析
3.10.2 耐壓艙模塊強度與穩(wěn)定性分析
3.10.3 水下燈殼體、攝像機殼體結構強度分析
3.11 本章小結
第4章 深水作業(yè)型機器人水動力性能研究
4.1 CFD數值求解原理
4.1.1 流體運動控制方程
4.2 ROV結構本體水動力性能計算
4.2.1 模型選取與網格劃分
4.2.2 網格獨立性驗證
4.2.3 計算工況選取
4.2.4 CFD求解設置
4.2.5 計算結果與分析
4.3 ROV臍帶纜水動力性能計算
4.3.1 臍帶纜受力基本假設
4.3.2 臍帶纜受力理論計算
4.3.3 臍帶纜受力CFD數值計算
4.4 臍帶纜與ROV結構本體耦合阻力性能計算
4.5 本章小結
第5章 深水作業(yè)型機器人運動性能數值預報
5.1 ROV動力學模型建立
5.1.1 ROV本體運動模型
5.1.2 體積力求解原理
5.2 螺旋槳敞水性能計算
5.2.1 螺旋槳模型參數
5.2.2 螺旋槳計算域與網格劃分
5.2.3 計算工況與邊界條件
5.2.4 計算結果處理
5.2.5 實驗論證
5.3 ROV本體-推進器耦合運動性能數值預報
5.3.1 水平螺旋槳的布置形式
5.3.2 計算參數設置
5.3.3 ROV直航運動性能
5.3.4 ROV橫移運動性能
5.3.5 ROV下潛運動性能
5.3.6 ROV轉艏運動性能
5.4 本章小結
第6章 深水作業(yè)型機器人樣機搭建
6.1 ROV陸上功能模塊搭建
6.1.1 陸上操縱臺
6.1.2 陸上電源柜
6.1.3 臍帶纜模塊
6.2 ROV水下本體模塊搭建
6.2.1 水下結構本體框架模塊
6.2.2 耐壓艙模塊
6.2.3 浮體模塊
6.2.4 動力推進模塊
6.2.5 水下探測模塊
6.2.6 機械作業(yè)模塊
6.3 ROV關鍵部件功能測試
6.3.1 水下照明燈測試
6.3.2 水下探測模塊測試
6.3.3 水下導航設備測試
6.3.4 ROV本體總體裝配
6.4 本章小結
第7章 總結與展望
7.1 工作總結
7.2 本文創(chuàng)新點
7.3 研究展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間取得的學術成果
致謝
【參考文獻】：
期刊論文
[1]載人潛水器發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J]. 任玉剛,劉保華,丁忠軍,李曄,楊磊,胡曉涵. 海洋技術學報. 2018(02)
[2]基于環(huán)形長鰭波動推進的仿生水下機器人設計[J]. 閆勇程,王揚威,蘭博文,趙東標. 機械制造與自動化. 2018(01)
[3]水下機器人發(fā)展趨勢及前景[J]. 韋榮偉. 現(xiàn)代制造技術與裝備. 2018(02)
[4]考慮螺旋槳體積力的水下機器人水動力特性仿真[J]. 王太友,胡以懷,張寶吉,陳彥臻. 船舶工程. 2018(01)
[5]蛟龍?zhí)?創(chuàng)造作業(yè)類載人潛水器世界紀錄[J]. 陳遠鵬. 小康. 2017(23)
[6]水下機器人耐壓電子艙設計與制作[J]. 徐亞國. 內燃機與配件. 2017(06)
[7]自主/遙控水下機器人研究現(xiàn)狀[J]. 李一平,李碩,張艾群. 工程研究-跨學科視野中的工程. 2016(02)
[8]水下機器人耐壓殼體結構優(yōu)化[J]. 楊岳,何雪浤,谷海濤,張斌. 機械科學與技術. 2016(04)
[9]小型水下機器人ROV應用研究[J]. 路曉磊,馬龍,張麗婷,孟濤,馬治忠. 海洋開發(fā)與管理. 2015(06)
[10]水下溝槽式管道連接件安裝作業(yè)機器人設計[J]. 孫朝陽,盛文利,齊輝,李希治. 機械設計與制造. 2015(05)
博士論文
[1]深海作業(yè)型ROV水動力試驗及運動控制技術研究[D]. 范士波.上海交通大學 2013
[2]仿魚類擺動尾鰭推進系統(tǒng)的水動力研究[D]. 張曦.哈爾濱工程大學 2012
[3]一種新型水下球形機器人的若干關鍵技術研究[D]. 蘭曉娟.北京郵電大學 2011
[4]淺水水下機器人設計與控制技術工程研究[D]. 劉和平.上海大學 2009
[5]水下機器人動力學模型辨識與廣義預測控制技術研究[D]. 徐建安.哈爾濱工程大學 2006
碩士論文
[1]深海重型ROV雙機械手設計與研究[D]. 楊明巖.東北石油大學 2018
[2]水下機器人水動力性能分析及其運動控制方法的研究[D]. 鄭海斌.哈爾濱工業(yè)大學 2018
[3]微小型仿生水下機器人關鍵技術研究[D]. 卞澤武.山東科技大學 2017
[4]可翻轉式帶纜水下機器人（ROV）的總體設計和水動力學性能研究[D]. 卞子瑋.江蘇科技大學 2017
[5]深海作業(yè)型ROV建模方法的研究[D]. 周衛(wèi)祥.哈爾濱工程大學 2015
[6]基于體積力法的船/槳/舵粘性流場的數值研究[D]. 吳召華.上海交通大學 2013
[7]帶纜遙控水下機器人三維運動滑�？刂蒲芯縖D]. 鄧威.華南理工大學 2011
[8]某潛器水動力性能計算及運動仿真[D]. 趙金鑫.哈爾濱工程大學 2011
[9]耐壓艙殼體力學分析及其試驗研究[D]. 黃志亮.昆明理工大學 2011
[10]超小型水下機器人推進器設計與分析[D]. 張翠英.蘭州理工大學 2009
本文編號：3262097
【文章來源】：江蘇科技大學江蘇省
【文章頁數】：125 頁
【學位級別】：碩士
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
1.1 課題背景與研究意義
1.2 國內外研究現(xiàn)狀
1.2.1 ROV的發(fā)展及應用現(xiàn)狀
1.2.2 ROV總體設計研究現(xiàn)狀
1.2.3 ROV水下耐壓艙體研究現(xiàn)狀
1.2.4 ROV水動力學性能研究現(xiàn)狀
1.3 本文主要研究內容
第2章 ROV系統(tǒng)模塊方案設計
2.1 設計內容
2.2 ROV系統(tǒng)結構組成
2.3 ROV系統(tǒng)功能實現(xiàn)方案
2.3.1 供電系統(tǒng)
2.3.2 控制系統(tǒng)
2.3.3 通訊系統(tǒng)
2.3.4 水下電源系統(tǒng)
2.3.5 動力驅動系統(tǒng)
2.3.6 勘察探測系統(tǒng)
2.3.7 機械作業(yè)系統(tǒng)
2.4 本章小結
第3章 深水作業(yè)型機器人本體結構設計
3.1 引言
3.2 深水作業(yè)型ROV模塊組成
3.3 框架模塊設計
3.3.1 材料選取
3.3.2 框架結構與裝配方式
3.4 耐壓艙模塊設計
3.4.1 艙體設計
3.4.2 耐壓艙內部框架設計
3.4.3 密封設計
3.5 水下推進器模塊設計
3.5.1 推進器性能參數
3.5.2 推進器模型設計
3.6 浮體模塊設計
3.7 ROV本體其余關鍵部件設計與選型
3.7.1 機械作業(yè)模塊設計
3.7.2 水下照明模塊設計
3.7.3 水下攝像模塊設計
3.7.4 水下聲吶模塊選型
3.8 ROV本體結構虛擬裝配
3.9 ROV本體浮性與穩(wěn)性校核
3.9.1 結構浮性與穩(wěn)性準則
3.9.2 結構浮性與穩(wěn)性調整
3.10 ROV關鍵部件結構強度與穩(wěn)定性分析
3.10.1 框架結構強度分析
3.10.2 耐壓艙模塊強度與穩(wěn)定性分析
3.10.3 水下燈殼體、攝像機殼體結構強度分析
3.11 本章小結
第4章 深水作業(yè)型機器人水動力性能研究
4.1 CFD數值求解原理
4.1.1 流體運動控制方程
4.2 ROV結構本體水動力性能計算
4.2.1 模型選取與網格劃分
4.2.2 網格獨立性驗證
4.2.3 計算工況選取
4.2.4 CFD求解設置
4.2.5 計算結果與分析
4.3 ROV臍帶纜水動力性能計算
4.3.1 臍帶纜受力基本假設
4.3.2 臍帶纜受力理論計算
4.3.3 臍帶纜受力CFD數值計算
4.4 臍帶纜與ROV結構本體耦合阻力性能計算
4.5 本章小結
第5章 深水作業(yè)型機器人運動性能數值預報
5.1 ROV動力學模型建立
5.1.1 ROV本體運動模型
5.1.2 體積力求解原理
5.2 螺旋槳敞水性能計算
5.2.1 螺旋槳模型參數
5.2.2 螺旋槳計算域與網格劃分
5.2.3 計算工況與邊界條件
5.2.4 計算結果處理
5.2.5 實驗論證
5.3 ROV本體-推進器耦合運動性能數值預報
5.3.1 水平螺旋槳的布置形式
5.3.2 計算參數設置
5.3.3 ROV直航運動性能
5.3.4 ROV橫移運動性能
5.3.5 ROV下潛運動性能
5.3.6 ROV轉艏運動性能
5.4 本章小結
第6章 深水作業(yè)型機器人樣機搭建
6.1 ROV陸上功能模塊搭建
6.1.1 陸上操縱臺
6.1.2 陸上電源柜
6.1.3 臍帶纜模塊
6.2 ROV水下本體模塊搭建
6.2.1 水下結構本體框架模塊
6.2.2 耐壓艙模塊
6.2.3 浮體模塊
6.2.4 動力推進模塊
6.2.5 水下探測模塊
6.2.6 機械作業(yè)模塊
6.3 ROV關鍵部件功能測試
6.3.1 水下照明燈測試
6.3.2 水下探測模塊測試
6.3.3 水下導航設備測試
6.3.4 ROV本體總體裝配
6.4 本章小結
第7章 總結與展望
7.1 工作總結
7.2 本文創(chuàng)新點
7.3 研究展望
參考文獻
攻讀碩士學位期間取得的學術成果
致謝
【參考文獻】：
期刊論文
[1]載人潛水器發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J]. 任玉剛,劉保華,丁忠軍,李曄,楊磊,胡曉涵. 海洋技術學報. 2018(02)
[2]基于環(huán)形長鰭波動推進的仿生水下機器人設計[J]. 閆勇程,王揚威,蘭博文,趙東標. 機械制造與自動化. 2018(01)
[3]水下機器人發(fā)展趨勢及前景[J]. 韋榮偉. 現(xiàn)代制造技術與裝備. 2018(02)
[4]考慮螺旋槳體積力的水下機器人水動力特性仿真[J]. 王太友,胡以懷,張寶吉,陳彥臻. 船舶工程. 2018(01)
[5]蛟龍?zhí)?創(chuàng)造作業(yè)類載人潛水器世界紀錄[J]. 陳遠鵬. 小康. 2017(23)
[6]水下機器人耐壓電子艙設計與制作[J]. 徐亞國. 內燃機與配件. 2017(06)
[7]自主/遙控水下機器人研究現(xiàn)狀[J]. 李一平,李碩,張艾群. 工程研究-跨學科視野中的工程. 2016(02)
[8]水下機器人耐壓殼體結構優(yōu)化[J]. 楊岳,何雪浤,谷海濤,張斌. 機械科學與技術. 2016(04)
[9]小型水下機器人ROV應用研究[J]. 路曉磊,馬龍,張麗婷,孟濤,馬治忠. 海洋開發(fā)與管理. 2015(06)
[10]水下溝槽式管道連接件安裝作業(yè)機器人設計[J]. 孫朝陽,盛文利,齊輝,李希治. 機械設計與制造. 2015(05)
博士論文
[1]深海作業(yè)型ROV水動力試驗及運動控制技術研究[D]. 范士波.上海交通大學 2013
[2]仿魚類擺動尾鰭推進系統(tǒng)的水動力研究[D]. 張曦.哈爾濱工程大學 2012
[3]一種新型水下球形機器人的若干關鍵技術研究[D]. 蘭曉娟.北京郵電大學 2011
[4]淺水水下機器人設計與控制技術工程研究[D]. 劉和平.上海大學 2009
[5]水下機器人動力學模型辨識與廣義預測控制技術研究[D]. 徐建安.哈爾濱工程大學 2006
碩士論文
[1]深海重型ROV雙機械手設計與研究[D]. 楊明巖.東北石油大學 2018
[2]水下機器人水動力性能分析及其運動控制方法的研究[D]. 鄭海斌.哈爾濱工業(yè)大學 2018
[3]微小型仿生水下機器人關鍵技術研究[D]. 卞澤武.山東科技大學 2017
[4]可翻轉式帶纜水下機器人（ROV）的總體設計和水動力學性能研究[D]. 卞子瑋.江蘇科技大學 2017
[5]深海作業(yè)型ROV建模方法的研究[D]. 周衛(wèi)祥.哈爾濱工程大學 2015
[6]基于體積力法的船/槳/舵粘性流場的數值研究[D]. 吳召華.上海交通大學 2013
[7]帶纜遙控水下機器人三維運動滑�？刂蒲芯縖D]. 鄧威.華南理工大學 2011
[8]某潛器水動力性能計算及運動仿真[D]. 趙金鑫.哈爾濱工程大學 2011
[9]耐壓艙殼體力學分析及其試驗研究[D]. 黃志亮.昆明理工大學 2011
[10]超小型水下機器人推進器設計與分析[D]. 張翠英.蘭州理工大學 2009
本文編號：3262097
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