【摘要】： 作為有效的水下測量傳感器搭載平臺,水下滑翔器(Underwater Glider,簡稱Glider)和水下自航行器(Autonomous Underwater Vehicle,簡稱AUV)在海洋環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域和海洋資源開發(fā)領(lǐng)域均有廣闊的應(yīng)用前景。但由于攜帶的能源有限,二者難以具備工作時間與機(jī)動性能的綜合優(yōu)勢。為了實現(xiàn)能源效率與反應(yīng)速度的良好結(jié)合,本文從概念上設(shè)計了一種混合型水下自航行器。該自航行器綜合了上述兩種不同功能的水下機(jī)器人的優(yōu)勢,根據(jù)不同的應(yīng)用場合以及環(huán)境特性,可在四種工作模式下實現(xiàn)功能轉(zhuǎn)換,本文將四種模式分別稱為單純Glider模式、單純AUV模式、混合Glider模式、混合AUV模式。在單純Glider模式下,混合型自航行器的滑翔時間長、能源利用率高、噪音低、可進(jìn)行縱向剖面測量;而在單純AUV模式下,則具有反應(yīng)迅速、定位精度高、操縱性能優(yōu)良等優(yōu)點。在某些特殊情況下,需要用混合模式�；旌闲妥院叫衅髟谒姆N模式下切換可以完成長時間大范圍的縱向剖面測量、水平面的橫向局部測量和目標(biāo)附近的精細(xì)測量等多重任務(wù)。 本文首先分析了水下滑翔器與水下自航行器的性能特點,并對其進(jìn)行功能上的結(jié)合,設(shè)計出一種兼俱二者功能的新型水下航行器;并研究了混合型自航行器的初始設(shè)計思路、工作原理、系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)及總體參數(shù)設(shè)計步驟。在設(shè)計過程中注意比較二者的異同以及結(jié)合措施。 其次對兼俱浮力驅(qū)動系統(tǒng)、移動重物控制系統(tǒng)、方向舵、升降舵系統(tǒng)和螺旋槳推動系統(tǒng)的混合型自航行器進(jìn)行數(shù)學(xué)模型的推導(dǎo),得到了總動力學(xué)方程。并對混合AUV模式在低速下的最佳升阻比攻角、最佳升阻比航速、最小阻力航速等一系列優(yōu)化參數(shù)進(jìn)行了仿真。闡述了低速AUV增加移動重物的必要性。 最后采用CFD方法模擬各附體對整體的影響,以支持第二章混合型水下自航行器總體設(shè)計的合理性。首先確定在一定條件下殼體、機(jī)翼等基本要素的設(shè)計方案,其次研究各個附體之間的相互影響。結(jié)果表明,混合型自航行器不僅綜合了水下滑翔器與水下自航行器的優(yōu)勢,而且各個附體之間耦合較小,從而驗證的方案的正確性。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：TH766
【圖文】：

第一章 緒論1.2.1 AUV 發(fā)展現(xiàn)狀世界上第一臺類似 AUV 的裝置可以追溯到 1866 年澳大利亞人懷特黑德設(shè)計的自動魚形魚雷，該裝置由壓縮氣體驅(qū)動，能夠以 3.0 米/秒的速度航行 700米。目前，各海洋技術(shù)發(fā)達(dá)國家，都對水下自航行器技術(shù)(AUV)的研究與開發(fā)給予了極大的關(guān)注與投入，其中以美國的技術(shù)最為先進(jìn)：其領(lǐng)域既有著眼于當(dāng)前的應(yīng)用研究也有著眼于未來的基礎(chǔ)研究，其產(chǎn)品既有價值數(shù)千萬美元的復(fù)雜軍用型也有價值僅幾萬美元的經(jīng)濟(jì)民用型，其擁有數(shù)量達(dá)到全球總數(shù)量的半數(shù)以上[3]。因此可以說美國主導(dǎo)著全球AUV的發(fā)展水平與方向。

世界上第一臺類似 AUV 的裝置可以追溯到 1866 年澳大利亞人懷特黑德設(shè)計的自動魚形魚雷，該裝置由壓縮氣體驅(qū)動，能夠以 3.0 米/秒的速度航行 700米。目前，各海洋技術(shù)發(fā)達(dá)國家，都對水下自航行器技術(shù)(AUV)的研究與開發(fā)給予了極大的關(guān)注與投入，其中以美國的技術(shù)最為先進(jìn)：其領(lǐng)域既有著眼于當(dāng)前的應(yīng)用研究也有著眼于未來的基礎(chǔ)研究，其產(chǎn)品既有價值數(shù)千萬美元的復(fù)雜軍用型也有價值僅幾萬美元的經(jīng)濟(jì)民用型，其擁有數(shù)量達(dá)到全球總數(shù)量的半數(shù)以上[3]。因此可以說美國主導(dǎo)著全球AUV的發(fā)展水平與方向。(a)美國 REMUS (b)美國 ABE (c) 美國 SAUV II (d) 美國 NPS圖 1-2 美國的 AUV

(a) 澳大利亞海龜號 (b) 日本 r2D4 (c) 中國 CR-01圖 1-4 我國和其他國家的 AUV美國伍茲霍爾海洋研究所（WHOI）于 1998 年研制了遠(yuǎn)程海洋環(huán)境監(jiān)測平臺（Remote Environmental Monitoring Units，簡稱REMUS），主要用于近�？辈�-2-

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本文編號：2753710