發(fā)布時(shí)間：2017-09-25 19:26

  本文關(guān)鍵詞：水下滑翔器的優(yōu)化設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)分析

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【摘要】：水下滑翔器是為滿足更廣泛的海洋監(jiān)測(cè)和海底資源勘探的需要而開(kāi)發(fā)的一種新型無(wú)人水下機(jī)器人。它不外掛推進(jìn)器,僅依靠浮力驅(qū)動(dòng)和姿態(tài)調(diào)整,以一條鋸齒形的軌跡在水中航行。由于具有低阻低噪、低成本、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、航行范圍廣的優(yōu)點(diǎn),水下滑翔器可廣泛應(yīng)用于軍事調(diào)查和民用領(lǐng)域中。水阻力是影響水下滑翔器性能的關(guān)鍵因素。本文以中小型水下滑翔器為研究對(duì)象,設(shè)計(jì)一款低阻力的新構(gòu)型水下滑翔器。本文研究的主要內(nèi)容如下:(1)水下滑翔器的工作原理,并進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。(2)水下滑翔器外形的優(yōu)化設(shè)計(jì)。先設(shè)計(jì)主體外形,通過(guò)對(duì)比分析幾種常見(jiàn)的水下滑翔器主體外形的水阻力性能,選出水動(dòng)力性能較好的主體外形;再設(shè)計(jì)附體(水平機(jī)翼和垂直尾翼)外形,包括翼型的選取,展長(zhǎng)、弦長(zhǎng)、后掠角的設(shè)計(jì)與翼的布置,得到一個(gè)水阻性能較優(yōu)的完整水下滑翔器的外形。然后基于多目標(biāo)優(yōu)化理論(MDO)和優(yōu)化算法NSGA-II,用軟件ISIGHT進(jìn)行集成優(yōu)化分析,得到綜合性能最優(yōu)的水下滑翔器的外形構(gòu)型。最后將這個(gè)新構(gòu)型與水下滑翔器經(jīng)典的三種模型進(jìn)行水動(dòng)力的比較分析,驗(yàn)證了該構(gòu)型的優(yōu)化性。(3)運(yùn)動(dòng)的建模與分析。對(duì)水下滑翔器建立了6自由度運(yùn)動(dòng)方程,再將滑翔器的運(yùn)動(dòng)特殊化和線性化,得到垂直面上的穩(wěn)定滑翔的運(yùn)動(dòng)方程,結(jié)合CFD理論和FLUENT流體仿真計(jì)算得到的水動(dòng)力特性系數(shù),討論穩(wěn)定滑翔時(shí)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)(攻角α,俯仰角θ,滑翔速度V)與控制參數(shù)(凈浮力的質(zhì)量m0和重心的軸向位移xG)之間的關(guān)系,為后續(xù)設(shè)計(jì)提供參考。接著計(jì)算穩(wěn)定滑翔運(yùn)動(dòng)改變時(shí),內(nèi)部姿態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的調(diào)整量,最后對(duì)定�；剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律進(jìn)行了分析并對(duì)調(diào)整量進(jìn)行估算。(4)水下滑翔器內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。在外形尺寸的基礎(chǔ)上,對(duì)四個(gè)模塊-耐壓外殼體、姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)、浮力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、尾舵機(jī)構(gòu)分別進(jìn)行設(shè)計(jì),并驗(yàn)證設(shè)計(jì)的強(qiáng)度與參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性。
【關(guān)鍵詞】：水下滑翔器 外形優(yōu)化設(shè)計(jì) 運(yùn)動(dòng)分析 機(jī)械設(shè)計(jì) CFD ISIGHT
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)計(jì)量學(xué)院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH766;TP242
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-16
• 1 緒論16-26
• 1.1 課題研究背景與意義16
• 1.2 水下滑翔器的發(fā)展及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-23
• 1.3 水下滑翔器的應(yīng)用價(jià)值與發(fā)展方向23-24
• 1.4 課題來(lái)源與研究?jī)?nèi)容24-26
• 2 水下滑翔器工作原理與總體設(shè)計(jì)26-29
• 2.1 水下滑翔器工作原理26-28
• 2.2 水下滑翔器系統(tǒng)組成與總體設(shè)計(jì)28
• 2.3 本章小結(jié)28-29
• 3 水下滑翔器外形設(shè)計(jì)與優(yōu)化29-51
• 3.1 主體外形設(shè)計(jì)與優(yōu)選29-32
• 3.1.1 主體的四種經(jīng)典外形29-30
• 3.1.2 四種主體的水動(dòng)力性能對(duì)比分析30-32
• 3.2 附體設(shè)計(jì)與優(yōu)選32-41
• 3.2.1 水平機(jī)翼的參數(shù)優(yōu)選33-37
• 3.2.2 尾翼的參數(shù)優(yōu)選37-41
• 3.3 整機(jī)的水動(dòng)力分析41-50
• 3.3.1 優(yōu)化方法介紹41-43
• 3.3.2 軟件接口模塊43-44
• 3.3.3 參數(shù)模型的建立44
• 3.3.4 優(yōu)化設(shè)計(jì)公式44-45
• 3.3.5 優(yōu)化結(jié)果45-46
• 3.3.6 優(yōu)化前后性能分析對(duì)比46-47
• 3.3.7 AUG樣機(jī)與三種經(jīng)典機(jī)型的水動(dòng)力性能分析對(duì)比47-50
• 3.4 本章小結(jié)50-51
• 4 水下滑翔器運(yùn)動(dòng)建模與分析51-77
• 4.1 水下滑翔器的運(yùn)動(dòng)建模51-53
• 4.1.1 坐標(biāo)系的建立51-53
• 4.1.2 內(nèi)部質(zhì)量分布53
• 4.2 垂直面內(nèi)定常滑翔狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)分析53-71
• 4.2.1 定�；锠顟B(tài)垂直面內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方程建立53-57
• 4.2.2 水動(dòng)力模型57-58
• 4.2.3 基于CFD的AUG水動(dòng)力仿真與參數(shù)計(jì)算58-71
• 4.3 垂直面定常滑翔時(shí)姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)分析71-73
• 4.4 空間螺旋回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)73-76
• 4.5 本章小結(jié)76-77
• 5 水下滑翔器機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)77-104
• 5.1 水下滑翔器系統(tǒng)組成77-78
• 5.2 耐壓外殼體的設(shè)計(jì)78-84
• 5.2.1 殼體壁厚計(jì)算和強(qiáng)度校核78-81
• 5.2.2 有限元分析與驗(yàn)證81-83
• 5.2.3 連接與密封83-84
• 5.3 姿態(tài)調(diào)整機(jī)構(gòu)84-96
• 5.3.1 俯仰機(jī)構(gòu)86-92
• 5.3.2 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)92-96
• 5.4 浮力驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)96-101
• 5.4.1 方案的選擇與原理97-98
• 5.4.2 內(nèi)部零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)98-101
• 5.5 尾舵機(jī)構(gòu)101-103
• 5.6 本章小結(jié)103-104
• 6 全文總結(jié)104-107
• 6.1 總結(jié)104
• 6.2 創(chuàng)新點(diǎn)討論104-105
• 6.3 展望105-107
• 參考文獻(xiàn)107-112
• 作者簡(jiǎn)歷112

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