【摘要】：隨著國(guó)家海洋戰(zhàn)略的不斷發(fā)展,海洋建設(shè)及科考的地位日益凸顯。無(wú)論是海洋資源的獲取,或是海洋科學(xué)研究,僅局限于淺海近海已經(jīng)無(wú)法帶來(lái)足夠的價(jià)值,走向深藍(lán)逐漸成為了海洋發(fā)展的趨勢(shì)。另一方面,水下運(yùn)載器以浮力作為動(dòng)力有著低能耗、低噪音、低成本的優(yōu)勢(shì),非常適合海洋考察與勘探的任務(wù)。所以,需要開(kāi)發(fā)適用于深海,并且以浮力為主要驅(qū)動(dòng)力的大深度浮力驅(qū)動(dòng)式水下運(yùn)載器(Deepwater Buoyancy-Driven Underwater Vehicle,DBDUV),以此適應(yīng)深海海洋科考與勘探的需要。在大深度浮力驅(qū)動(dòng)式水下運(yùn)載器的作業(yè)過(guò)程中,最主要的運(yùn)動(dòng)形式是上浮與下潛。對(duì)其在浮力和重力作用下的上浮與下潛運(yùn)動(dòng)進(jìn)行預(yù)報(bào),是在設(shè)計(jì)階段與實(shí)際的操作過(guò)程中保障其釋放與回收過(guò)程順利完成的關(guān)鍵,也是進(jìn)一步研究姿態(tài)調(diào)整、路徑規(guī)劃等控制問(wèn)題的基礎(chǔ)。針對(duì)大深度浮力驅(qū)動(dòng)式水下運(yùn)載器的運(yùn)動(dòng)預(yù)報(bào),論文提出了水下運(yùn)載器運(yùn)動(dòng)的快速預(yù)報(bào)方法,并對(duì)它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其影響因素進(jìn)行了系統(tǒng)性的研究。具體包含如下幾方面:1)針對(duì)大深度浮力驅(qū)動(dòng)式水下運(yùn)載器的垂直上浮與下潛運(yùn)動(dòng),通過(guò)動(dòng)態(tài)數(shù)值仿真方法進(jìn)行了預(yù)報(bào)研究,探索了它進(jìn)行垂直上浮與下潛運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)情況隨時(shí)間的變化關(guān)系;2)提出了水下運(yùn)載器垂直運(yùn)動(dòng)的快速預(yù)報(bào)方法,并通過(guò)快速預(yù)報(bào)方法對(duì)大深度浮力驅(qū)動(dòng)式水下運(yùn)載器的垂直上浮與下潛運(yùn)動(dòng)以及影響其運(yùn)動(dòng)情況的主要因素進(jìn)行了研究;3)對(duì)垂直運(yùn)動(dòng)快速預(yù)報(bào)方法進(jìn)行改進(jìn),將其運(yùn)用于水下運(yùn)載器的空間運(yùn)動(dòng)的預(yù)報(bào),提出了水下運(yùn)載器空間運(yùn)動(dòng)快速預(yù)報(bào)方法;并利用該方法對(duì)大深度浮力驅(qū)動(dòng)式水下運(yùn)載器的空間上浮與下潛運(yùn)動(dòng)以及影響其運(yùn)動(dòng)的主要因素進(jìn)行了研究;4)通過(guò)模型試驗(yàn),對(duì)大深度浮力驅(qū)動(dòng)式水下運(yùn)載器的垂直上浮與空間上浮運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了研究;并將試驗(yàn)結(jié)論與數(shù)值仿真所得出的結(jié)論進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了數(shù)值仿真所得出結(jié)論的準(zhǔn)確性,以及所提出的快速預(yù)報(bào)方法的有效性。論文基于以上研究?jī)?nèi)容,得出如下結(jié)論:1)快速預(yù)報(bào)方法對(duì)于大深度浮力驅(qū)動(dòng)式水下運(yùn)載器的運(yùn)動(dòng)預(yù)報(bào)具有高效性與靈活性,可以快速全面地對(duì)其運(yùn)動(dòng)以及影響運(yùn)動(dòng)的因素進(jìn)行研究;同時(shí),快速預(yù)報(bào)方法的準(zhǔn)確性得到了模型試驗(yàn)的驗(yàn)證,是研究大深度浮力驅(qū)動(dòng)式水下運(yùn)載器運(yùn)動(dòng)的有效方法;2)大深度浮力驅(qū)動(dòng)式水下運(yùn)載器自身比重與舵轉(zhuǎn)角的變化會(huì)很明顯地改變水下運(yùn)載器浮潛運(yùn)動(dòng)隨時(shí)間變化的情況與達(dá)到穩(wěn)定時(shí)的狀態(tài),以及在空間運(yùn)動(dòng)中做水平方向運(yùn)動(dòng)的能力;3)發(fā)射初速度、流體密度躍層以及橫向水流的擾動(dòng)對(duì)于大深度浮力驅(qū)動(dòng)式水下運(yùn)載器的浮潛運(yùn)動(dòng)情況的影響有限,不會(huì)影響運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定平衡狀態(tài),也不會(huì)在整體層面上影響運(yùn)動(dòng)的規(guī)律;這說(shuō)明了大深度浮力驅(qū)動(dòng)式水下運(yùn)載器的運(yùn)動(dòng)具有穩(wěn)定性。
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：U674.941
【圖文】：

現(xiàn)有針對(duì)油氣資源的開(kāi)采與勘探方式并不適用，需要能夠在深度水下運(yùn)載器潛至海底進(jìn)行礦產(chǎn)資源的開(kāi)采。利用水下運(yùn)載源勘探、開(kāi)采與科學(xué)研究時(shí)，用母船將水下運(yùn)載器運(yùn)至開(kāi)采地下運(yùn)載器釋放；水下運(yùn)載器潛入海底后，對(duì)礦產(chǎn)資源進(jìn)行開(kāi)采回到母船附近（如圖 1-1 所示）。

流體流動(dòng)的常用研究方法相互配合的關(guān)系

圖 2-2 數(shù)值仿真操作流程Fig.2-2 Process of numerical simulation景分析與定義分析與定義指在進(jìn)行數(shù)值仿真的建模之前，需要對(duì)實(shí)際工程對(duì)象）有足夠的了解，包括實(shí)際項(xiàng)目的規(guī)劃、周?chē)沫h(huán)境、工。有了對(duì)場(chǎng)景足夠的分析與了解，后續(xù)的所有工作才能以此真模型建立了實(shí)際工程問(wèn)題之后，就需要據(jù)此建立仿真模型。仿真模型際問(wèn)題而又高于實(shí)際問(wèn)題，即需要盡可能多地體現(xiàn)實(shí)際問(wèn)題構(gòu)、環(huán)境因素等，又能大膽地對(duì)一些次要的細(xì)節(jié)進(jìn)行適當(dāng)確與成本的平衡。模型建立一般通過(guò) CAD、SolidWorks 等建模軟件完成，一直接在 ICEM、Gambit 等前處理軟件中直接完成。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2775997