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50kg级水下自航行器整体水动力学性能优化设计
| 论文题名： | 50kg级水下自航行器整体水动力学性能优化设计 |
| 关键词： | 水下自航行器;航行阻力;外形设计;水动力系数 |
| 摘要： | 50kg级水下自航行器(小型AUV),因具有航速快、机动性强、造价低的特点,在军事和海洋资源开发等领域越来越受到人们的重视。水下自航行器的动力来源于自身携带的能源,因此提高能源利用率成为衡量AUV性能的一个重要指标。研究表明,减小航行阻力是提高AUV能源利用率的一个重要手段。为此开展AUV外形优化,降低其航行阻力成为AUV研究的一个十分重要的课题。本文以设计一款低阻水下自航行器为研究目标,探索在保证一定排水量的前提下,减少AUV水阻力的有效方法。围绕这一目标,本文开展了以下几方面的研究: (1)根据课题提供的基础数据,在保证一定排水量的前提下,完成了水下自航行器原型机的低阻力外形设计,其主要包括主体的流线型回转体的剖面线型的选取、主体的水动力特性分析与设计,附体尾舵的翼型选取与设计,以及原型机的水动力性能分析。 (2)在原型机外形的基础上,基于多学科设计优化软件 Isight?,采用多目标遗传优化设计方法,对原型机外形进行了多目标优化设计,其主要内容包括 AUV模型的参数化设计、水动力计算的前后处理一体化与自动化、优化算法对计算结果的分析与处理,优化后外形与原型机的水动力性能分析对比。在保证一定排水量的前提下,获得了水下自航行器的最佳水动力外形,为以后的设计工作提供了依据。 (3)在优化的水下自航行器外形基础上,按照模块化设计方法,完成了AUV系统结构的设计与加工,其主要内容包括耐压壳体的设计、舱体间的连接与密封、方向调节装置的设计、推进系统中螺旋桨的设计和主推电机的确定等。为同类型 AUV设计与研发提供了参考依据。 (4)通过近似计算获取了水下自航行器的水动力系数。采用等值椭球体及等值平板的理论,近似计算得到了加速度系数、速度系数、舵角系数、角速度系数等 AUV的大部分水动力系数,为 AUV的操纵性能分析和水下试验提供了依据。 |
| 作者： | 孟凡豪 |
| 专业： | 装备制造与控制 |
| 导师： | 严天宏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中国计量学院 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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