本文關鍵詞：50kg級水下自航行器整體水動力學性能優(yōu)化設計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：50kg級水下自航行器（小型AUV），因具有航速快、機動性強、造價低的特點，在軍事和海洋資源開發(fā)等領域越來越受到人們的重視。水下自航行器的動力來源于自身攜帶的能源，因此提高能源利用率成為衡量AUV性能的一個重要指標。研究表明，減小航行阻力是提高AUV能源利用率的一個重要手段。為此開展AUV外形優(yōu)化，降低其航行阻力成為AUV研究的一個十分重要的課題。本文以設計一款低阻水下自航行器為研究目標，探索在保證一定排水量的前提下，減少AUV水阻力的有效方法。圍繞這一目標，本文開展了以下幾方面的研究： （1）根據(jù)課題提供的基礎數(shù)據(jù)，在保證一定排水量的前提下，完成了水下自航行器原型機的低阻力外形設計，其主要包括主體的流線型回轉體的剖面線型的選取、主體的水動力特性分析與設計，附體尾舵的翼型選取與設計，以及原型機的水動力性能分析。 （2）在原型機外形的基礎上，基于多學科設計優(yōu)化軟件Isight，采用多目標遺傳優(yōu)化設計方法，對原型機外形進行了多目標優(yōu)化設計，其主要內容包括AUV模型的參數(shù)化設計、水動力計算的前后處理一體化與自動化、優(yōu)化算法對計算結果的分析與處理，優(yōu)化后外形與原型機的水動力性能分析對比。在保證一定排水量的前提下，，獲得了水下自航行器的最佳水動力外形，為以后的設計工作提供了依據(jù)。 （3）在優(yōu)化的水下自航行器外形基礎上，按照模塊化設計方法，完成了AUV系統(tǒng)結構的設計與加工，其主要內容包括耐壓殼體的設計、艙體間的連接與密封、方向調節(jié)裝置的設計、推進系統(tǒng)中螺旋槳的設計和主推電機的確定等。為同類型AUV設計與研發(fā)提供了參考依據(jù)。 （4）通過近似計算獲取了水下自航行器的水動力系數(shù)。采用等值橢球體及等值平板的理論，近似計算得到了加速度系數(shù)、速度系數(shù)、舵角系數(shù)、角速度系數(shù)等AUV的大部分水動力系數(shù)，為AUV的操縱性能分析和水下試驗提供了依據(jù)。
【關鍵詞】：水下自航行器 外形優(yōu)化 系統(tǒng)結構設計 MDO CFD
【學位授予單位】：中國計量學院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：U674.941;U661.1
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-16
• 1 緒論16-25
• 1.1 研究背景與意義16
• 1.2 水下自航行器概述16-22
• 1.2.1 水下機器人的分類16-19
• 1.2.2 AUV 的國內外研究現(xiàn)狀19-22
• 1.3 水下自航行器水動力學性能優(yōu)化設計研究現(xiàn)狀22-23
• 1.4 課題來源及主要研究內容23-25
• 2 水下自航行器外形初步設計及水動力計算25-45
• 2.1 數(shù)值模擬理論基礎25-32
• 2.1.1 計算模型26-29
• 2.1.2 網格劃分及自適應網格的應用29-30
• 2.1.3 計算條件的設定30-31
• 2.1.4 計算結果驗證31-32
• 2.2 機體外型方案選型32-39
• 2.2.1 幾種常見回轉體線型32-34
• 2.2.2 五種主體構型的水動力性能計算與分析34-37
• 2.2.3 方案選型37-39
• 2.3 尾舵水動力學設計與分析39-43
• 2.3.1 翼型選擇39-40
• 2.3.2 尾舵參數(shù)40-42
• 2.3.3 尾舵數(shù)值計算分析42-43
• 2.3.4 尾舵設計小結43
• 2.4 水下自航行器原型機的水動力分析43-44
• 2.5 本章小結44-45
• 3 基于 Isight 的水下自航行器外形優(yōu)化及水動力性能分析45-61
• 3.1 多目標優(yōu)化理論45-49
• 3.1.1 多目標優(yōu)化理論概論45-46
• 3.1.2 遺傳算法基本原理和步驟46-47
• 3.1.3 NSGA-II 算法47-49
• 3.2 多學科優(yōu)化設計軟件 Isight 簡介49-50
• 3.2.1 Isight 主要功能和優(yōu)勢49-50
• 3.2.2 Isight 工作流程50
• 3.3 基于 Isight 的 AUV 外形優(yōu)化流程的建立50-55
• 3.3.1 Isight 接口模塊51-52
• 3.3.2 參數(shù)化建模模塊52-53
• 3.3.3 AUV 網格劃分模塊53
• 3.3.4 CFD 計算模塊53
• 3.3.5 優(yōu)化算法模塊53-54
• 3.3.6 優(yōu)化流程54-55
• 3.4 AUV 外形優(yōu)化設計55-58
• 3.4.1 優(yōu)化設計公式55-56
• 3.4.2 優(yōu)化結果56-58
• 3.5 優(yōu)化前后 AUV 水動力性能分析對比58-60
• 3.6 本章小結60-61
• 4 水下自航行器系統(tǒng)結構設計61-70
• 4.1 水下自航行器整體布局61-62
• 4.2 耐壓殼體的設計62-64
• 4.2.1 耐壓殼體材料選擇62-63
• 4.2.2 耐壓殼體厚度63
• 4.2.3 耐壓殼體強度計算與分析63-64
• 4.3 模塊化殼體連接結構設計64-65
• 4.4 方向調節(jié)系統(tǒng)設計65-66
• 4.5 推進系統(tǒng)設計66-68
• 4.5.1 螺旋槳的設計66-67
• 4.5.2 推進電機的確定67-68
• 4.6 具體技術指標68-69
• 4.7 本章小結69-70
• 5 水下自航行器水動力系數(shù)的估算70-82
• 5.1 附加質量估算70-73
• 5.1.1 附加質量的性質71-72
• 5.1.2 主體的附加質量72
• 5.1.3 附體的附加質量72-73
• 5.2 加速度系數(shù)估算73-75
• 5.3 速度系數(shù)估算75-78
• 5.4 舵角系數(shù)估算78-79
• 5.5 角速度系數(shù)估算79-81
• 5.6 水動力系數(shù)匯總81
• 5.7 本章小結81-82
• 6 總結與展望82-84
• 6.1 總結82-83
• 6.2 展望83-84
• 參考文獻84-91
• 作者簡歷91-92

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 趙加鵬;張云海;任

本文編號：259531