本文關(guān)鍵詞：混合驅(qū)動水下滑翔器系統(tǒng)設(shè)計與仿真分析

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【摘要】：混合驅(qū)動水下滑翔器是水下自航器(AUV)與水下滑翔器(UWG)的結(jié)合,集二者優(yōu)點于一身,主要用于海洋環(huán)境的檢測。在AUV模式下,依靠螺旋槳推進器可以實現(xiàn)快速航行,具有操縱性好、反應(yīng)速度快、定位和航跡精準(zhǔn)的優(yōu)點。在滑翔模式下,節(jié)約能源、效率高,通過浮力驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)自身凈浮力的周期性變化及滑翔器的縱剖面滑翔運動；通過姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)實現(xiàn)重心位置的周期性變化及滑翔器航行姿態(tài)的俯仰和橫滾調(diào)整。本文研究的混合驅(qū)動水下滑翔器主要用于海洋溫躍層剖面測量,首先參照現(xiàn)有產(chǎn)品和功能目標(biāo),將復(fù)雜的滑翔器系統(tǒng)進行模塊化處理,分析了滑翔器機械和控制系統(tǒng)的整體布局。其次對滑翔器耐壓殼體進行了詳細的設(shè)計計算,并利用有限元分析軟件ANSYS對耐壓殼體最危險段進行了強度和屈曲分析,驗證了其耐壓特性與承載性能。然后對滑翔器的航行系統(tǒng)(包括浮力驅(qū)動系統(tǒng)、姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)和螺旋槳推進系統(tǒng))進行了分析與設(shè)計,對滑翔器的控制系統(tǒng)進行了分析并對姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)的PID控制進行了仿真分析。最后對滑翔器的機翼進行了優(yōu)化設(shè)計,并用流體分析軟件CFX進行優(yōu)化前后機翼的對比分析,驗證了優(yōu)化后的機翼具有更好的水動力特性。
【關(guān)鍵詞】：混合驅(qū)動水下滑翔器 耐壓殼體 有限元 增量式PID控制 機翼優(yōu)化設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：遼寧工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U674.941
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-16
• 1.1 無人水下航行器發(fā)展概述10-11
• 1.2 混合驅(qū)動水下滑翔器發(fā)展現(xiàn)狀11-13
• 1.3 混合驅(qū)動水下滑翔器未來發(fā)展方向13
• 1.3.1 混合驅(qū)動水下滑翔器控制難點13
• 1.3.2 混合驅(qū)動水下滑翔器發(fā)展展望13
• 1.4 本文研究意義及主要內(nèi)容13-15
• 1.4.1 本文研究意義13-14
• 1.4.2 本文研究主要內(nèi)容14-15
• 1.5 本章小結(jié)15-16
• 2 混合驅(qū)動水下滑翔器分析與布局16-22
• 2.1 混合驅(qū)動水下滑翔器工作原理16-17
• 2.1.1 滑翔模式工作原理16-17
• 2.1.2 螺旋槳推進模式工作原理17
• 2.2 混合驅(qū)動水下滑翔器功能目標(biāo)與設(shè)計目標(biāo)17-19
• 2.2.1 功能目標(biāo)17-18
• 2.2.2 設(shè)計目標(biāo)18-19
• 2.3 混合驅(qū)動水下滑翔器整體布局19-21
• 2.3.1 機械系統(tǒng)整體布局19
• 2.3.2 控制系統(tǒng)整體布局19-21
• 2.4 本章小結(jié)21-22
• 3 混合驅(qū)動水下滑翔器耐壓殼體設(shè)計與有限元分析22-33
• 3.1 耐壓殼體材料確定與結(jié)構(gòu)設(shè)計22-24
• 3.1.1 耐壓殼體材料確定22
• 3.1.2 耐壓殼體結(jié)構(gòu)設(shè)計22-24
• 3.2 耐壓殼體設(shè)計計算24-28
• 3.2.1 耐壓殼體尺寸確定24
• 3.2.2 耐壓殼體壁厚計算24-25
• 3.2.3 耐壓殼體失穩(wěn)計算25-26
• 3.2.4 耐壓殼體變形計算26-27
• 3.2.5 耐壓殼體密封計算27-28
• 3.3 耐壓殼體有限元分析28-32
• 3.3.1 耐壓殼體強度分析28-30
• 3.3.2 耐壓殼體屈曲分析30-32
• 3.4 本章小結(jié)32-33
• 4 混合驅(qū)動水下滑翔器航行系統(tǒng)分析與設(shè)計33-44
• 4.1 浮力驅(qū)動系統(tǒng)分析與設(shè)計33-38
• 4.1.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計33-34
• 4.1.2 排油體積計算34-35
• 4.1.3 電機選型計算35-36
• 4.1.4 電機校核計算36-38
• 4.2 姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)分析與設(shè)計38-41
• 4.2.1 姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)簡析38
• 4.2.2 俯仰姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)設(shè)計38-39
• 4.2.3 橫滾姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)設(shè)計39-41
• 4.3 螺旋槳推進系統(tǒng)分析與設(shè)計41-43
• 4.3.1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)選型設(shè)計41-42
• 4.3.2 外部結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計42-43
• 4.4 本章小結(jié)43-44
• 5 混合驅(qū)動水下滑翔器運動控制44-53
• 5.1 控制系統(tǒng)組成44
• 5.1.1 控制系統(tǒng)分類44
• 5.1.2 控制系統(tǒng)組成44
• 5.2 基本控制回路與控制算法44-49
• 5.2.1 水下控制基本回路44-46
• 5.2.2 PID控制算法簡析46-49
• 5.3 姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)的PID控制與仿真分析49-52
• 5.3.1 MATLAB/Simulink模塊簡介49
• 5.3.2 姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)的增量式PID控制49-50
• 5.3.3 姿態(tài)調(diào)整系統(tǒng)的PID控制仿真分析50-52
• 5.4 本章小結(jié)52-53
• 6 混合驅(qū)動水下滑翔器機翼優(yōu)化設(shè)計53-61
• 6.1 機翼優(yōu)化設(shè)計53-55
• 6.1.1 滑翔器機翼選型53
• 6.1.2 機翼參數(shù)優(yōu)化設(shè)計53-55
• 6.2 優(yōu)化后機翼性能驗證55-60
• 6.2.1 CFD軟件簡介55-57
• 6.2.2 CFX軟件簡介57
• 6.2.3 優(yōu)化前后機翼性能分析57-60
• 6.3 本章小結(jié)60-61
• 結(jié)論61-62
• 參考文獻62-65
• 作者簡歷65-67
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集67

【參考文獻】

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本文編號：594587