本文關(guān)鍵詞：矢量推進式新型水下航行器主體的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：水下航行器是進行海洋環(huán)境監(jiān)測、資源調(diào)查以及各種水下工程作業(yè)的重要裝備,其遠程操控安全、高效,可以全天候工作,操作員可以在相對舒適環(huán)境里工作,已經(jīng)成為水下觀測、海底打撈以及海洋勘測的重要工具。隨著各國進軍海洋的步伐不斷加快,以及水下機器人技術(shù)的不斷進步,各種新概念水下航行器接連出現(xiàn),其作業(yè)能力不斷提高,使用成本不斷下降。我國近年來逐步進入這個領(lǐng)域,但對于矢量推進式新型水下航行器的研究仍處于比較初級的階段。本文首先基于海底觀測等大背景的需求下,介紹了新型水下航行器研究的背景和意義,在系統(tǒng)研究國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,從概念設(shè)計的角度出發(fā),提出了一種新型矢量推進式的水下航行器主要結(jié)構(gòu)形式和推進方式,然后從主腔體機械結(jié)構(gòu)編程設(shè)計與校核、主腔體水動力情況仿真及其流線型外形選擇、矢量推進器布局設(shè)計以及新型矢量尾推進器的初步設(shè)計等方面展開,完成了一個新的探索。本文的主體部分分為以下幾部分。首先針對水下航行器耐壓結(jié)構(gòu)的安全性要求,完成了一種針對于水下航行器主流腔體長度和壁厚的設(shè)計、校核以及安全性優(yōu)化的MATLAB編程實現(xiàn)并做出GUI交互界面,打包成APP插件,并對其進行可靠性驗證。其次針對水動力及其快速性要求,對其流線型外形優(yōu)化進行了基于MATLAB的方案設(shè)計和ANSYS流體仿真,做出最優(yōu)外形的選擇。然后針對矢量推進的需求,提出了一種新的推進器布局形式,并對其可行性與合理性進行了分析,初步推導(dǎo)了其基本的運動控制方程和主要關(guān)鍵水動力參數(shù)。最后針對矢量推進機構(gòu)三維需求,借鑒基于全回轉(zhuǎn)推進機構(gòu)以及基于錐齒輪多電機的柔性機器人手腕的理念,提出了一套應(yīng)用于水下航行器的新型推進系統(tǒng),并對其結(jié)構(gòu)進行初步設(shè)計。本文的研究在一般性的理論研究基礎(chǔ)上,制作了普適性的壓力艙安全性設(shè)計與校核、最佳外形選擇和對比的GUI參考軟件,并通過大量數(shù)據(jù)得出了一些統(tǒng)計規(guī)律。另外本文概念設(shè)計的矢量推進新型水下航行器,突出了矢量控制的創(chuàng)新型和多方向運動的靈活性,該裝備在港口近海水文環(huán)境檢測、海底立體觀測網(wǎng)絡(luò)移動模塊、水下軍事目標和漁業(yè)生物的自動探測和識別等領(lǐng)域具有良好的推廣前景,對于新型水下機器人的發(fā)展方向提供了一個新思路。
【關(guān)鍵詞】：水下航行器 編程實現(xiàn) 腔體設(shè)計與校核 外形優(yōu)化 矢量推進器
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U674.941
【目錄】：

• 致謝5-7
• 摘要7-9
• ABSTRACT9-14
• 1. 緒論14-29
• 1.1. 研究背景14-15
• 1.2. 水下機器人總體概述15-18
• 1.3. 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-26
• 1.3.1. 傳統(tǒng)AUV的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀18-22
• 1.3.2. 混合型和矢量推進式AUV的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀22-24
• 1.3.3. 水下航行器的矢量推進器概述24-26
• 1.4. 研究目的和意義26-27
• 1.5. 本論文主要研究內(nèi)容27-28
• 1.6. 小結(jié)28-29
• 2. AUV主腔體結(jié)構(gòu)安全性實現(xiàn)與研究29-58
• 2.1. AUV主要計劃設(shè)計指標29-31
• 2.2. AUV主耐壓艙安全性設(shè)計31-35
• 2.2.1. 主耐壓艙設(shè)計思路31
• 2.2.2. 主耐壓艙強度設(shè)計31-32
• 2.2.3. 主耐壓艙失穩(wěn)的概念與簡介32
• 2.2.4. 不同類型圓筒臨界壓力的計算32-35
• 2.3. AUV耐壓殼體材料選擇方案35
• 2.4. AUV主耐壓艙的壁厚初始設(shè)計35-38
• 2.4.1. 主耐壓艙初始設(shè)計思路35-37
• 2.4.2. 初始設(shè)計的MATLAB自動化實現(xiàn)37-38
• 2.5. AUV主耐壓艙的壁厚安全性校核與優(yōu)化38-44
• 2.5.1. 主耐壓艙安全性校核與優(yōu)化思路39-41
• 2.5.2. 安全性校核與優(yōu)化的MATLAB自動化實現(xiàn)41-44
• 2.6. 壁厚設(shè)計與校核優(yōu)化程序的可靠性驗證44-45
• 2.7. 安全壁厚與設(shè)計深度的相關(guān)性研究45-50
• 2.7.1. 不同材料的安全壁厚與設(shè)計深度的關(guān)系45-47
• 2.7.2. 不同細長比時安全壁厚與設(shè)計深度的關(guān)系47-49
• 2.7.3. 不同細長比下安全厚徑比與設(shè)計深度的關(guān)系49-50
• 2.8. 有效外載系數(shù)與設(shè)計深度的關(guān)系50-56
• 2.8.1. AUV主耐壓艙的有效外載系數(shù)計算51
• 2.8.2. 不同細長比下有效外載系數(shù)與設(shè)計深度的關(guān)系51-53
• 2.8.3. 不同材料艙體有效外載系數(shù)與設(shè)計深度的關(guān)系53-56
• 2.9. 小結(jié)56-58
• 3. AUV主體導(dǎo)流外型線型研究58-70
• 3.1. 回轉(zhuǎn)體型線的描述與設(shè)計58-61
• 3.1.1. 流線型回轉(zhuǎn)體外型的描述設(shè)計方法概述59-60
• 3.1.2. 具有精確數(shù)學(xué)方程的外形曲線描述設(shè)計方法60-61
• 3.2. 常見AUV機體外形的研究與方案設(shè)計的自編程建模61-69
• 3.2.1. 方案一62-63
• 3.2.2. 方案二63-64
• 3.2.3. 方案三64-65
• 3.2.4. 方案四65
• 3.2.5. 方案五65-67
• 3.2.6. 方案六67-69
• 3.3. 小結(jié)69-70
• 4. AUV主體外形方案水動力仿真分析70-78
• 4.1. 水動力計算分析方法70
• 4.2. CFD基礎(chǔ)與模型建立70-72
• 4.3. 基于水阻力仿真的主體方案選擇72-77
• 4.3.1. ICEM網(wǎng)格劃分與試算條件設(shè)定72-74
• 4.3.2. 阻力仿真的無關(guān)性驗證74-75
• 4.3.3. 六種主體外形的水動力性能研究75-77
• 4.4. 小結(jié)77-78
• 5. 推進系統(tǒng)方案設(shè)計78-97
• 5.1. 推進器數(shù)量的確定78-79
• 5.2. 推進器的布置設(shè)計79-82
• 5.3. 矢量推進系統(tǒng)的設(shè)計82-83
• 5.4. AUV的運動方程和動力學(xué)方程研究83-91
• 5.4.1. 坐標系的建立84-85
• 5.4.2. 速度和加速度的坐標變換85-86
• 5.4.3. AUV的運動方程86-88
• 5.4.4. AUV的平衡方程和水動力系數(shù)研究88-91
• 5.5. 推進機構(gòu)關(guān)鍵部件的設(shè)計91-96
• 5.5.1. 全回轉(zhuǎn)型矢量機構(gòu)的概念設(shè)計91-93
• 5.5.2. 尾矢量推進器的概念設(shè)計與運動學(xué)分析93-96
• 5.6. 小結(jié)96-97
• 6. 總結(jié)與展望97-100
• 6.1. 總結(jié)97-99
• 6.2. 展望99-100
• 7. 附錄100-118
• 7.1. 附錄一：初始壁厚設(shè)計的MATLAB GUI實現(xiàn)源代碼100-104
• 7.2. 附錄二：AUV腔體安全性校核與壁厚優(yōu)化流程圖104-105
• 7.3. 附錄三：腔體安全性校核與壁厚優(yōu)化GUI實現(xiàn)源代碼105-110
• 7.4. 附錄四：外形方案設(shè)計GUI界面實現(xiàn)源代碼110-118
• 參考文獻118-124
• 攻讀碩士學(xué)位期間主要的研究工作124

【參考文獻】

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  本文關(guān)鍵詞：矢量推進式新型水下航行器主體的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：331220