本文關(guān)鍵詞：水下自航行器外形優(yōu)化及推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計

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【摘要】：水下自航行器(AUV),航行穩(wěn)定性高、機動性強、隱蔽性好,在海洋探究和軍事作戰(zhàn)等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。水下自航行器內(nèi)部空間較小,自身可攜帶能源有限,所以提高其能源利用率至關(guān)重要。為此進(jìn)行AUV外形優(yōu)化及推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計,減小航行阻力并提高螺旋槳推進(jìn)效率,能夠有效提升AUV能源利用率。本文進(jìn)行了水下自航行器外形優(yōu)化及推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計,主要內(nèi)容如下:(1)對比分析幾款經(jīng)典AUV主體構(gòu)型,進(jìn)行水下自航行器原型機設(shè)計,包括主體首部與尾部回轉(zhuǎn)體的剖面線形以及附體尾舵的選取和設(shè)計。(2)采用多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計軟件ISIGHT,搭載NSGA-II遺傳算法,對水下自航行器原型機進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計。包括AUV模型的參數(shù)化設(shè)計、優(yōu)化算法對計算結(jié)果的分析與處理,分析對比優(yōu)化前后原型機的水動力性能。優(yōu)化后使得水下自航行器航行阻力最小,同時內(nèi)部空間利用率較高。(3)依據(jù)MAU4-45螺旋槳設(shè)計圖譜對水下自航行器螺旋槳進(jìn)行了詳細(xì)的圖譜設(shè)計。以最佳效率螺旋槳為設(shè)計準(zhǔn)則,對螺旋槳進(jìn)行圖譜初步設(shè)計以及終結(jié)設(shè)計,得到最適合本文設(shè)計的水下自航行器推力需求的螺旋槳主要幾何參數(shù)。(4)對水下自航行器螺旋槳進(jìn)行三維建模以及CFD數(shù)值模擬計算。采用多重參考系MRF模型仿真旋轉(zhuǎn)流場,計算了標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型、RNG k-ε湍流模型以及SST k-?湍流模型下的螺旋槳敞水性能,并對其進(jìn)行對比研究;由計算結(jié)果分析可知,RNG k-ε湍流模型的總體預(yù)報效果最為穩(wěn)定,與試驗值之間誤差最小。
【關(guān)鍵詞】：水下自航行器 外形優(yōu)化 推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計 多目標(biāo)優(yōu)化 CFD
【學(xué)位授予單位】：中國計量學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U674.941;U664.3
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• abstract7-15
• 1 緒論15-23
• 1.1 課題研究背景與意義15
• 1.2 水下自航行器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-19
• 1.3 水下自航行器外形優(yōu)化及推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計研究現(xiàn)狀19-21
• 1.3.1 水下自航行器外形優(yōu)化研究現(xiàn)狀19-20
• 1.3.2 水下自航行器推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計研究進(jìn)展20-21
• 1.4 主要研究內(nèi)容21-23
• 2 水下自航行器外形初步設(shè)計23-42
• 2.1 數(shù)值模擬理論基礎(chǔ)23-29
• 2.1.1 有限體積法 (FVM)24
• 2.1.2 湍流控制方程24-26
• 2.1.3 數(shù)值計算湍流模型26-28
• 2.1.4 壁面影響與壁面函數(shù)28-29
• 2.2 數(shù)值模擬計算模型建立29-31
• 2.2.1 流域網(wǎng)格劃分29-30
• 2.2.2 計算條件的設(shè)定30-31
• 2.2.3 計算結(jié)果驗證31
• 2.3 主體外形方案選型31-36
• 2.3.1 幾種常見回轉(zhuǎn)體線型31-33
• 2.3.2 四種主體構(gòu)型的水動力性能計算與分析33-35
• 2.3.3 方案選型35-36
• 2.4 尾舵設(shè)計與水動力學(xué)分析36-40
• 2.5 本章小結(jié)40-42
• 3 基于ISIGHT的水下自航行器外形優(yōu)化42-54
• 3.1 ISIGHT簡介42-43
• 3.2 多目標(biāo)優(yōu)化理論43-46
• 3.2.1 多目標(biāo)優(yōu)化理論概述43
• 3.2.2 遺傳算法基本原理和步驟43-44
• 3.2.3 NSGA-II算法44-46
• 3.3 基于ISIGHT的AUV外形優(yōu)化流程46-48
• 3.3.1 ISIGHT整體優(yōu)化流程46-47
• 3.3.2 參數(shù)化建模模塊47
• 3.3.3 AUV網(wǎng)格劃分模塊47-48
• 3.3.4 Fluent計算模塊48
• 3.4 AUV外形優(yōu)化設(shè)計48-51
• 3.4.1 AUV外形優(yōu)化設(shè)計公式48
• 3.4.2 AUV外形優(yōu)化結(jié)果48-51
• 3.5 優(yōu)化前后水動力性能分析對比51-53
• 3.6 本章小結(jié)53-54
• 4 水下自航行器螺旋槳圖譜設(shè)計54-62
• 4.1 螺旋槳圖譜設(shè)計方法54-56
• 4.1.1 (?)螺旋槳設(shè)計圖譜的建立54-56
• 4.2 螺旋槳圖譜設(shè)計流程56-61
• 4.2.1 最佳效率設(shè)計原理56-57
• 4.2.2 最佳轉(zhuǎn)速的確定57
• 4.2.3 空泡校核57-58
• 4.2.4 強度校核58-60
• 4.2.5 螺距修正60-61
• 4.3 本章總結(jié)61-62
• 5 螺旋槳水動力性能分析62-72
• 5.1 螺旋槳建模62-63
• 5.2 螺旋槳敞水性能分析63-69
• 5.2.1 網(wǎng)格劃分以及邊界條件設(shè)定63-65
• 5.2.2 MRF模型的分析與建立65
• 5.2.3 求解計算65-66
• 5.2.4 數(shù)值計算分析66-69
• 5.3 各類湍流模型的建立結(jié)果分析69-71
• 5.4 本章小結(jié)71-72
• 6 總結(jié)與展望72-74
• 6.1 總結(jié)72
• 6.2 展望72-74
• 參考文獻(xiàn)74-79
• 作者簡介79

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本文編號：916741