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水下柔性可折叠翼水动力特性分析及其优化设计
| 论文题名： | 水下柔性可折叠翼水动力特性分析及其优化设计 |
| 关键词： | 水下滑翔机;水下柔性可折叠翼;水动力特性;优化设计 |
| 摘要： | 海洋观测的发展在本世纪初来到了以水下机器人为代表的智能化观测时代，水下滑翔机是目前应用较为广泛的一种观测型水下机器人，近些年来成为大时空、高密度海洋观测的首选。然而，传统水下滑翔机通常采用船基布放方式，多数情况下布放效率较低。因此，水下滑翔机若能具备多平台快速部署尤其是管式发射（空投、潜射等）能力，并结合其可自主移动观测的特点，将极大提高突发海域应急机动观测能力。 针对上述问题提出水下柔性可折叠翼概念。本文紧紧围绕“翼水动力性能与水下滑翔机航行效率相互作用机制”这一关键科学问题，针对目前传统刚性翼所存在的问题和制约，基于仿生原理的思想，提出水下柔性可折叠翼代替传统刚性固定翼提供水下滑翔机所需升力思路，主要研究其涉及的:刚柔+流固耦合模型及其本构关系、水动力性能及航程综合评价模型以及柔性可折叠翼的结构设计研究等三个方面关键研究内容，对涉及的关键基础问题进行探索和解决。在基于计算机仿真的有效性验证和性能评估外，还对部分研究结果进行水下环境物理试验验证。项目的研究结果，为水下滑翔机由多平台快速布放和隐蔽部署提供重要技术支撑，也为类似水下移动观测平台的研制提供理论基础。 本文具体研究成果如下: (1)研究飞鱼胸鳍的动作机理并提取其仿生参数，通过参数化建模的方法提出一套适用于水下滑翔机高效滑翔的基于仿生原理的水下柔性可折叠翼设计方案。 (2)建立可折叠翼粘弹性水动力方程和流场适应性动力学计算模型，并通过STAR-CCM+软件利用CFD的方法对其进行计算流体力学仿真分析，计算出水动力特性研究所必需的各水动力系数。计算求解得到的各水动力系数以及可折叠翼粘弹性水动力方程可表征可折叠翼水动力与其运动状态之间的关系。 (3)建立水下滑翔机航行性能的评价指标，对可折叠翼水下滑翔机和固定翼水下滑翔机的航行性能做出对比评价。 (4)对可折叠翼进行结构设计分析与优化，包括机翼折展装置与耐压壳体的结构设计与分析，翼面材料和翼面形状的选择。 (5)进行水下环境物理试验，验证可折叠翼水下滑翔机的滑翔性能。本文将进行水池试验，获取可折叠翼水下滑翔机的运动数据和运动姿态，对其进行有效性验证和性能评估。 |
| 作者： | 李宏博 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 俞建成 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东北大学 |
| 学位年度： | 2019 |
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