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水下矢量推进器的动力学仿真及优化设计
| 论文题名： | 水下矢量推进器的动力学仿真及优化设计 |
| 关键词： | 水下矢量推进器;锥齿轮轮系传动;动力学模型;有限元;多刚体动力学;优化设计 |
| 摘要： | 目前人类正面临着人口、资源和环境三大难题。陆地上的资源正在日益减少，而海洋和海洋底部却蕴藏着极其丰富的生物资源及矿产资源。海洋作为人类尚未广泛开发的地方和高技术领域之一是近几年国际上激烈竞争的焦点。而推进系统作为装备各种探测器的水下载运器的动力系统，其受到了极大的重视，由于传统的推进系统的复杂性和不灵活等原因，研发新型的推进装置是当今的热点问题。 国防科学技术大学提出了一种全方位矢量推进的新想法，并设计出了一种基于锥齿轮轮系的传动的矢量推进器，该装置可以把螺旋桨推进轴系和舵合二为一，通过改变螺旋桨空间姿态来改变推力方向。文章针对这种新型矢量推进器，对其动力学系统进行了建模与仿真分析，具体来说，完成了以下工作： 对矢量推进器运行的环境进行了分析，并对环境进行了适当的简化。螺旋桨的推力和扭矩是最重要的负载形式，根据原理样机主要技术指标的需要，计算出推进装置的推力和扭矩，浮力和浮力矩，深海静压力和水动力等外载荷形式并进行了适当简化以方便载荷在虚拟样机中施加。 基于矢量推进器的实体模型，利用SolidWorks与ADAMS的接口功能，在ADAMS中建立了矢量推进器多刚体动力学模型，基于Hertz静力弹性接触理论推导出直齿和锥齿轮的接触力仿真参数。仿真得到了螺旋桨轴的输出速度以及齿轮间的啮合力的幅值和频率，对比理论值，仿真结果表明了建立的动力学模型是正确的。并基于此模型，分析了外部激励和内部激励对系统动力学特性的影响。 利用ADAMS和ANSYS的联合仿真功能，在ANSYS中生成ADAMS所需的螺旋桨模态中性文件。利用此文件，建立了装置的刚柔混合模型，并对其进行了仿真分析。基于此刚柔混合模型，分析了螺旋桨柔性体轴对整个系统的影响。 利用ANSYS的结构分析功能，对装置的零部件进行了结构分析与优化。得到了零部件的应力，应变及振动特性。对推进轴系进行了模态分析，为控制系统的设计提供了依据。 通过本文的研究，为水下矢量推进器的进一步的设计与优化提供了参考，为其控制系统的设计提供了依据。 |
| 作者： | 杨俊 |
| 专业： | 机械设计及理论 |
| 导师： | 郭克希 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长沙理工大学 |
| 学位年度： | 2010 |
| 正文语种： | 中文 |
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