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原文传递微小型水下滑翔机设计研究

论文题名：	微小型水下滑翔机设计研究
关键词：	微小型水下滑翔机;耐压壳体;动力学模型;轻量化设计;拓扑优化
摘要：	水下滑翔机技术作为人类探索海洋最主要的手段之一，近年来得到国际社会的广泛关注，但目前研发的常规水下滑翔机结构功能复杂、体积大、重量沉，导致研发周期较长、成本高、技术难度大，一定程度上限制了其大规模便捷投放使用。与常规水下滑翔机比较，微小型水下滑翔机在体积、重量、成本上优势明显，但微小型、轻量化性能要求也对滑翔机平台的运动能力和总体设计带来挑战。本文以快速便捷布放的微小型水下滑翔机为设计对象，研发了整机质量小于25kg，并具有一定的载荷能力，可批量化部署、同时监测多种海洋环境信息的滑翔机系统。相关研究结论总结如下：　　1.从微小型水下滑翔机的设计目标和功能要求出发，综合考虑重量、体积、成本、功能等多要素约束，开展样机总体和单元方案设计，使其结构紧凑、空间利用率高、冗余设计少，实现预期设计要求。　　2.建立了微小型水下滑翔机动力学模型，仿真分析其运动特性，并获得稳定滑翔的运动参数。开展了声学传感器适应性集成设计，研制成功微小型水下滑翔机样机，整机质量24.5kg，完成了整机海试。　　3.建立了耐压壳体体积最小化的拓扑优化数学模型，通过变密度法结构拓扑优化，得到耐压壳体体积最小模型，质量减少14.5%，解决了微小型水下滑翔机常规耐压壳体强度安全裕度过大问题。
作者：	李兵
专业：	机械工程
导师：	王延辉;张立杰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	天津大学
学位年度：	2021