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无人船双桨推进的仿真及实验研究
| 论文题名： | 无人船双桨推进的仿真及实验研究 |
| 关键词： | 无人船;双桨推进;转弯半径;数值模拟 |
| 摘要： | 目前对于双桨无人船转弯半径的计算方法主要是利用船舶操纵运动数学模型来实现，该方法很难直接观察到无人船航行过程中流体的流动状态。本文基于计算流体力学技术，采用模拟和实验相结合的方法，对无人船双桨差速下的转弯半径进行研究。在数值模拟的研究过程中，本文提出了一种用于研究船舶圆周运动的数值模拟方法，相对于传统方法，该方法无需因转弯半径的变更而重新生成网格，实用性更好。 对无人船、自航数值模拟和船舶圆周运动模拟的国内外研究现状进行总结。选用某公司型号为9001的一艘遥控船和某单位型号为40f的螺旋桨为研究对象，螺旋桨以缩小至0.08倍，桨模实体通过3D打印得到。依照实验要求设计了一个实验平台，并利用该实验平台完成无人船圆周运动实验，得出无人船的转弯半径和航行速度。 利用三维扫描仪对船体的底部进行三维扫描。通过3D打印软件对三维扫描得到的几何体进行适当的优化处理。利用三维绘图软件构建船体的上半部分，得到整个船体的几何模型。将40f螺旋桨的几何模型进行简化处理，再按比例缩小到原先的0.8倍，最后装配到船体上，得到整个计算模型。 对网格类型、网格划分要求和本文在划分网格时所用到的网格分块技术进行简单介绍。利用网格生成软件Pointwise对螺旋桨表面和船体表面进行网格划分，再分别生成后续数值模拟所需要的计算域网格，最后对生成的网格质量进行检查。 利用ANSYS CFX分别进行无人船的自航数值模拟和圆周运动模拟。将数值计算结果和实验结果作比对，误差为5.65%，基本满足工程需求，通过一系列的流场云图来反应无人船圆周运动过程中流体的运动状态。利用本文的数值模拟方法研究了螺旋桨的差速大小和无人船转弯半径之间的关系，发现当左螺旋桨转速保持0r/s不动时，右螺旋桨转速每下降7r/s，无人船的转弯半径会增加约18.5%。 |
| 作者： | 王雄东 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 朱泽飞;潘华辰 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 杭州电子科技大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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