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基于平均波高波周期资料的波浪滑翔机优化设计
| 论文题名： | 基于平均波高波周期资料的波浪滑翔机优化设计 |
| 关键词： | 波浪滑翔机;优化设计;翼板受力;动力模型;平均波高波周期 |
| 摘要： | 波浪滑翔机是一种新型的无人海洋航行器，由水面母船与水下滑翔体通过缆绳连接组成。它的关键创新之处在于能够从海浪中获取大量能量，为前进提供动力。同时，位于母船上的太阳能电池板，能够不断补充电量，供给波浪滑翔机的控制系统、通信系统以及搭载的各类传感器。波浪滑翔机在资源探测、环境监测、军事侦察等各方面都有较为重大的意义。 本文以波浪滑翔机运动的平均速度为评价标准，旨在研究平均波高波周期影响下，波浪滑翔机参数的优化设计。具体工作如下： （1）为解决动力学模型中波浪参数的输入问题，对研究海域的波浪要素进行聚类。并假设波浪为简谐波动，通过平均波高和平均波周期计算振幅与圆频率。选用欧洲中尺度天气预报中心大气和海洋全球再分析数据集ERA5月平均的波浪再分析资料，对西北太平洋、北印度洋以及南海的平均波高波周期特征进行描述。运用K-means聚类分析方法将研究海域的平均波高波周期数据分成五类。 （2）为得到波浪滑翔机翼板在不同参数下的受力情况，利用FLUENT软件对翼板受力进行仿真。利用GAMBIT软件对串列翼板的仿真网格进行划分。采用SSTk-ω湍流模型，利用FLUENT仿真分析了翼型、偏转角度、间距以及翼板对数对串列翼板受力的影响。FLUENT软件仿真得到的翼板受力结果，将作为动力模型中翼板受力的输入量。 （3）针对五类波浪要素环境下波浪滑翔机参数如何选择的问题，利用整体动力学模型进行仿真研究。利用MATLAB编程，对波浪滑翔机运动模型进行实现。首先，检验了仿真的时间步长以及仿真时间长度对该模型仿真结果的影响，确定了合适的时间步长及仿真时间。再通过仿真确定五类波浪要素条件下，波浪滑翔机缆绳长度、翼型以及翼板最大偏转角度的最优选择。最后，对南海海域波浪要素进行聚类，验证了聚类结果用于仿真的合理性，并检验了三种参数选择下波浪滑翔机在低海况下的航行性能。仿真结果表明：1）缆绳长度选取7m较佳；2）度应在保证折断的情况下，选取较小翼板相对厚度；3）第一类波浪要素条件下，翼板最大偏转角度选取15°较佳，而第二、三、四类时为20°，第五类时为25°。 |
| 作者： | 吴世其 |
| 专业： | 海洋科学 |
| 导师： | 洪梅;陈希 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 国防科技大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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