發(fā)布時間：2017-09-25 09:38

  本文關鍵詞：水下自航行器外形優(yōu)化及推進系統(tǒng)設計

  更多相關文章： 水下自航行器 外形優(yōu)化 推進系統(tǒng)設計 多目標優(yōu)化 CFD

【摘要】：水下自航行器(AUV),航行穩(wěn)定性高、機動性強、隱蔽性好,在海洋探究和軍事作戰(zhàn)等領域應用廣泛。水下自航行器內部空間較小,自身可攜帶能源有限,所以提高其能源利用率至關重要。為此進行AUV外形優(yōu)化及推進系統(tǒng)設計,減小航行阻力并提高螺旋槳推進效率,能夠有效提升AUV能源利用率。本文進行了水下自航行器外形優(yōu)化及推進系統(tǒng)設計,主要內容如下:(1)對比分析幾款經典AUV主體構型,進行水下自航行器原型機設計,包括主體首部與尾部回轉體的剖面線形以及附體尾舵的選取和設計。(2)采用多學科優(yōu)化設計軟件ISIGHT,搭載NSGA-II遺傳算法,對水下自航行器原型機進行多目標優(yōu)化設計。包括AUV模型的參數化設計、優(yōu)化算法對計算結果的分析與處理,分析對比優(yōu)化前后原型機的水動力性能。優(yōu)化后使得水下自航行器航行阻力最小,同時內部空間利用率較高。(3)依據MAU4-45螺旋槳設計圖譜對水下自航行器螺旋槳進行了詳細的圖譜設計。以最佳效率螺旋槳為設計準則,對螺旋槳進行圖譜初步設計以及終結設計,得到最適合本文設計的水下自航行器推力需求的螺旋槳主要幾何參數。(4)對水下自航行器螺旋槳進行三維建模以及CFD數值模擬計算。采用多重參考系MRF模型仿真旋轉流場,計算了標準k-ε湍流模型、RNG k-ε湍流模型以及SST k-?湍流模型下的螺旋槳敞水性能,并對其進行對比研究;由計算結果分析可知,RNG k-ε湍流模型的總體預報效果最為穩(wěn)定,與試驗值之間誤差最小。
【關鍵詞】：水下自航行器 外形優(yōu)化 推進系統(tǒng)設計 多目標優(yōu)化 CFD
【學位授予單位】：中國計量學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U674.941;U664.3
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• abstract7-15
• 1 緒論15-23
• 1.1 課題研究背景與意義15
• 1.2 水下自航行器的國內外研究現(xiàn)狀15-19
• 1.3 水下自航行器外形優(yōu)化及推進系統(tǒng)設計研究現(xiàn)狀19-21
• 1.3.1 水下自航行器外形優(yōu)化研究現(xiàn)狀19-20
• 1.3.2 水下自航行器推進系統(tǒng)設計研究進展20-21
• 1.4 主要研究內容21-23
• 2 水下自航行器外形初步設計23-42
• 2.1 數值模擬理論基礎23-29
• 2.1.1 有限體積法 (FVM)24
• 2.1.2 湍流控制方程24-26
• 2.1.3 數值計算湍流模型26-28
• 2.1.4 壁面影響與壁面函數28-29
• 2.2 數值模擬計算模型建立29-31
• 2.2.1 流域網格劃分29-30
• 2.2.2 計算條件的設定30-31
• 2.2.3 計算結果驗證31
• 2.3 主體外形方案選型31-36
• 2.3.1 幾種常見回轉體線型31-33
• 2.3.2 四種主體構型的水動力性能計算與分析33-35
• 2.3.3 方案選型35-36
• 2.4 尾舵設計與水動力學分析36-40
• 2.5 本章小結40-42
• 3 基于ISIGHT的水下自航行器外形優(yōu)化42-54
• 3.1 ISIGHT簡介42-43
• 3.2 多目標優(yōu)化理論43-46
• 3.2.1 多目標優(yōu)化理論概述43
• 3.2.2 遺傳算法基本原理和步驟43-44
• 3.2.3 NSGA-II算法44-46
• 3.3 基于ISIGHT的AUV外形優(yōu)化流程46-48
• 3.3.1 ISIGHT整體優(yōu)化流程46-47
• 3.3.2 參數化建模模塊47
• 3.3.3 AUV網格劃分模塊47-48
• 3.3.4 Fluent計算模塊48
• 3.4 AUV外形優(yōu)化設計48-51
• 3.4.1 AUV外形優(yōu)化設計公式48
• 3.4.2 AUV外形優(yōu)化結果48-51
• 3.5 優(yōu)化前后水動力性能分析對比51-53
• 3.6 本章小結53-54
• 4 水下自航行器螺旋槳圖譜設計54-62
• 4.1 螺旋槳圖譜設計方法54-56
• 4.1.1 (?)螺旋槳設計圖譜的建立54-56
• 4.2 螺旋槳圖譜設計流程56-61
• 4.2.1 最佳效率設計原理56-57
• 4.2.2 最佳轉速的確定57
• 4.2.3 空泡校核57-58
• 4.2.4 強度校核58-60
• 4.2.5 螺距修正60-61
• 4.3 本章總結61-62
• 5 螺旋槳水動力性能分析62-72
• 5.1 螺旋槳建模62-63
• 5.2 螺旋槳敞水性能分析63-69
• 5.2.1 網格劃分以及邊界條件設定63-65
• 5.2.2 MRF模型的分析與建立65
• 5.2.3 求解計算65-66
• 5.2.4 數值計算分析66-69
• 5.3 各類湍流模型的建立結果分析69-71
• 5.4 本章小結71-72
• 6 總結與展望72-74
• 6.1 總結72
• 6.2 展望72-74
• 參考文獻74-79
• 作者簡介79

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1 潘光;施瑤;杜曉旭;黃橋高;;駐留航行器沉底穩(wěn)定性的數值分析[J];上海交通大學學報;2012年09期

2 劉海軍，徐德民，高新;確定航行器組成部分的設計要求[J];西北工業(yè)大學學報;1994年04期

3 劉海軍，，徐德民，高新，王崇偉;用遞層分析法確定水下自主航行器的設計要求[J];西北工業(yè)大學學報;1995年04期

4 ;智慧島[J];現(xiàn)代艦船;2005年12期

5 朱珉虎;;中國科學院最新科技成果——飛鰩水面航行器[J];船舶工業(yè)技術經濟信息;2002年05期

6 朱珉虎;飛鰩水面航行器[J];船舶;2002年03期

7 寧濤;黨建軍;陳偉華;;水下高速航行器殼體聯(lián)結強度分析[J];機械設計與制造;2009年08期

8 傅金祝;;甚淺水使用的UUV系統(tǒng)[J];水雷戰(zhàn)與艦船防護;2009年03期

9 湯浩;羅凱;李代金;;水下超高速航行器首舵控制系統(tǒng)的設計[J];計算機測量與控制;2009年08期

10 羅凱;段鵬;高亞強;;一種新型的超空泡航行器流體動力布局[J];計算機仿真;2009年11期

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1 賈力平;康順;;基于FINE/Marine的水面高速航行器的水動力數值模擬[A];第二十三屆全國水動力學研討會暨第十屆全國水動力學學術會議文集[C];2011年

中國重要報紙全文數據庫 前4條

1 袁亞新;法制成新型水下航行器[N];科技日報;2001年

2 記者 李佳彬;中馬澳三方將重點水下搜尋失聯(lián)客機[N];光明日報;2014年

3 孫濱生;澳科學家設計革命性航行器[N];中國航空報;2004年

4 國防大學教授 李大光;十天后,搜尋MH370將如大海撈針[N];中國經營報;2014年

中國博士學位論文全文數據庫 前8條

1 何漫麗;水下自航行器水動力學特性數值計算與試驗研究[D];天津大學;2005年

2 溫秉權;小型淺水域水下自航行器系統(tǒng)設計與試驗研究[D];天津大學;2005年

3 張宏偉;可著陸水下自航行器系統(tǒng)設計與動力學行為研究[D];天津大學;2007年

4 侯巍;具有著陸坐底功能的水下自航行器系統(tǒng)控制與試驗研究[D];天津大學;2006年

5 王曉鳴;混合驅動水下自航行器動力學行為與控制策略研究[D];天津大學;2009年

6 劉潮東;水下信號處理與航行器路徑規(guī)劃方法[D];西北工業(yè)大學;2006年

7 王芳;過驅動水面航行器的控制分配技術研究[D];哈爾濱工程大學;2012年

8 王昊;基于自適應動態(tài)面控制的自主海洋航行器協(xié)同路徑跟蹤[D];大連海事大學;2014年

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1 盧正華;基于超短基線的水下自主航行器回收導航策略的研究與仿真[D];浙江大學;2013年

2 翟劉慧;面向監(jiān)測與探測應用的水面自主航行器設計[D];合肥工業(yè)大學;2015年

3 周宏祥;波浪能推進水面航行器的路徑規(guī)劃問題研究[D];浙江大學;2016年

4 唐傳璋;基于北斗衛(wèi)星的小型水上航行器終端控制系統(tǒng)設計[D];燕山大學;2016年

5 段寶生;基于需求驅動的深水AUV系統(tǒng)外形設計[D];天津大學;2014年

6 張衡;尾型對超空化航行器水動力特性的影響研究[D];西北工業(yè)大學;2015年

7 薛俠峰;水下自航行器外形優(yōu)化及推進系統(tǒng)設計[D];中國計量學院;2016年

8 白瑩;可著陸水下自航行器外形設計與優(yōu)化[D];天津大學;2007年

9 李波;水下無人航行器發(fā)展研究[D];西北工業(yè)大學;2002年

10 張智偉;水下仿生航行器自主游動的三維數值研究[D];中國科學技術大學;2013年

本文編號：916741