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蛋形耐压壳及其在水下滑翔机中的应用研究
| 论文题名： | 蛋形耐压壳及其在水下滑翔机中的应用研究 |
| 关键词： | 水下滑翔机;姿态调节机构;蛋形耐压壳;多目标优化;动力学模型 |
| 摘要： | 水下滑翔机是一种无人自治水下潜器，其耐压壳体主要为圆柱形。蛋形壳是一种满足正高斯曲线的回转型壳体，具有强度高、对缺陷不敏感的优点，在水下潜器上有广阔的应用前景。本文借鉴现有的蛋形耐压壳理论设计方法，设计了变壁厚蛋形壳耐压壳模型，并通过有限元仿真和压力试验验证了其强度和稳定性；针对蛋形壳截面半径变化大的特点，设计了蛋形耐压壳水下滑翔机原型机，并通过动力学仿真验证了其可行性。本文的主要研究成果有： 1.以最小化重排比与归一化容积阻力系数为目标，对“未来8100”光敏树脂、6061-T6铝合金和氮化硅陶瓷三种材料蛋形壳的蛋形系数进行了优化，得到了三种材料蛋形壳最优蛋形系数与静水压力和壳体排水体积的关系。为水下滑翔机蛋形耐压壳设计提供了依据。 2.设计了耐压能力10MPa、安全系数1.5，材料为光敏树脂的蛋形耐压壳验证性模型。对设计的模型进行了静力和屈曲分析，验证了其强度和稳定性；采用3D打印技术试制了蛋形耐压壳模型，并进行了循环压力试验，结果表明模型强度和稳定性符合设计指标要求，材料形变在线弹性范围内。仿真分析与试验均验证了蛋形壳作为水下滑翔机耐压舱的可行性。 3.提出了适用于蛋形耐压舱的姿态调节机构方案，将俯仰姿态调节功能与浮力系统集成，滚转调节功能与电池包集成；进而设计了蛋形壳水下滑翔机原型机。 4.根据设计的原型机建立了蛋形壳水下滑翔机纵垂面动力学模型，分析了其运动性能，并绘制了速度极图。与微小型水下滑翔机对比结果表明，蛋形耐压壳水下滑翔机航时更长，但因其升阻比较小导致俯仰角偏大，航程小于微小型水下滑翔机。 |
| 作者： | 曹方园 |
| 专业： | 海洋智能装备 |
| 导师： | 张连洪;辛爱学 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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