原文传递
计及波浪效应的水下直升机水动力分析和运动仿真
| 论文题名： | 计及波浪效应的水下直升机水动力分析和运动仿真 |
| 关键词： | 水下直升机;优化设计;水动力性能;波浪效应;运动仿真 |
| 摘要： | 随着人类社会对自然资源的需求日益增长，海洋由于其蕴藏的丰富资源而逐渐成为人们关注的焦点。自主水下航行器可以在海洋环境中进行资源勘探、科学采样、地形探测和应急搜救等工作，在科研和军事领域受到了广泛的重视。海洋环境中存在着海流、海浪等各种复杂的干扰因素，会对水下航行器作业的安全性和稳定性带来严重的影响。因此，发展一种具备良好的稳定性、灵活性和操纵性的水下航行器成为了迫切的需求。 本文的研究对象是一种具有新型飞碟外形的自主水下航行器——水下直升机，其主要特点是具备全周转向、自由起降和定点悬停的能力。为保证水下直升机工作时的机动性和安全性，实现精准的运动控制，并为后续的优化设计提供参考，正确地预报水下直升机在海流、海浪等复杂环境中的水动力性能和运动情况具有十分重要的意义。本文的主要研究内容如下: 首先根据水下航行器典型的运动方程，对水下直升机的受力情况进行分析，结合水下直升机特有的四螺旋桨控制航速和转向的运动模式，并加入海流和海浪的干扰模型，建立了空间六自由度运动方程。对于水下直升机受到的水动力进行了数值计算，包括惯性力、粘性力和螺旋桨的水动力。采用势流理论计算了水下直升机的惯性水动力，得到附加质量矩阵，并对计算结果进行了对比验证。粘性力的求解采用基于RANS方程的数值方法，分别得到了水下直升机水平面和垂直面直航时的粘性力系数。单个螺旋桨的推力和转矩模型则是通过B4-70系列螺旋桨四象限敞水性能图谱得到。 然后考虑把波浪力作为外加干扰力，通过水动力软件AQWA分别计算了水下直升机在不同潜深、浪向角、频率下的六自由度波浪力，并计算了母船干扰下的波浪力响应。在大型断面波流水槽中进行了实验，测量水下直升机的横摇角在波浪中的响应，与数值仿真结果进行对比，验证了计算的可靠性。 最后将所得到的水动力整合，建立水下直升机运动仿真系统，对直航运动、回转运动、螺旋下潜等典型运动以及考虑海流、波浪、母船干扰下的运动进行了仿真，并对仿真结果进行分析，进而对水下直升机实际运动性能有一个更全面的了解，为后续的优化设计和运动控制打下了基础。 |
| 作者： | 严宁民 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 陈振纬 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 浙江大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
