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原文传递基于无人水面艇的水下拖曳体自主收放装置设计与研究

论文题名：	基于无人水面艇的水下拖曳体自主收放装置设计与研究
关键词：	无人水面艇;水下拖曳体;自主布放回收装置;拖曳稳定性;放缆绳速度
摘要：	随着人类对海洋的探测需求越来越多，多种多样海洋探测设备也得到快速的发展。水下拖曳体(UnderwaterTowedVehicle)作为一种水下探测设备，具有结构简单、模块性强、造价低、作业范围不受自身能源限制等优点，近年来得到了快速的发展与应用。无人水面艇(UnmannedSurfaceVehicle，简称USV)，是一种体积较小的海上无人平台，具有机动性好、作业隐蔽的优点，是目前国内外研究的热点。为了满足海上无人系统的全方位、全天候、超视距侦查和探测，满足海空天一体化作战需求，可以将水下拖曳体与USV结合起来，充分发挥两者各自的优势，所以两者的联合作业技术成为本文的主要研究内容。　　为解决如何将水下拖曳体与USV联合作业有关问题，本文首先提出一种利用USV自主布放回收水下拖曳体的作业模式;其次根据设计需求，设计一款水下拖曳体自主收放装置，解决了自主布放与回收的问题，并对拖曳过程中的拖曳稳定性进行分析;最后通过水池试验以及湖试试验对这种作业模式的可行性以及装置的实用性进行了验证。本文的具体研究内容如下: 　　(1)根据USV与水下拖曳体的海上作业特点以及项目作业需求，提出了一种利用USV自主布放、回收和拖曳水下拖曳体的作业模式。然后根据USV以及水下拖曳体的尺寸参数，利用三维设计软件进行了自主布放回收装置的设计。根据装置作业的工作载荷建立了三级变幅机构力学模型，利用MATLAB对起升架与底盘铰接的相对位置进行了优化设计。　　(2)为了验证所设计结构的准确性与实用性，利用ANSYS软件对起升架与底盘的铰接处进行了静力学校核。同时由于母船的尾甲板在发动机的影响下会产生振动，为了防止起升架结构出现共振破坏，对其进行了模态分析。利用ADAMS软件对整个布放回收装置进行了动力学仿真，根据仿真结果计算了各级执行机构液压缸的工作载荷，同时对整个液压系统进行了设计计算和选型。　　(3)解决了布放与回收的问题之后，对拖曳过程中水下拖曳体的拖曳稳定性进行了分析计算。首先，分析了水下拖曳体的受力状态;其次，根据其受力状态对水下拖曳体的静稳定性以及拖曳稳定性进行了理论计算;最后利用STAR-CCM+软件对水下拖曳体航行过程中产生俯仰情况下的水动力以及力矩进行了计算，验证了水下拖曳体在航行过程中垂直面内拖曳稳定性。　　(4)分别开展了水池试验以及湖上试验，验证了作业模式的可行性以及布放回收装置的实用性。建立各工况下绞车转度与液压缸运动速度之间的数学模型，研究了绞车在布放回收作业时收放缆绳速度的非线性规律。验证了水下拖曳体的静稳定性以及拖曳过程中拖体在纵垂面内的稳定性。本文研究工作为今后的海洋无人系统的建设提供了有力参考，具有很大的理论意义和工程应用价值。
作者：	宋涛
专业：	机械设计及理论
导师：	郑荣
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东北大学
学位年度：	2019