發(fā)布時(shí)間：2020-10-31 14:38

　　 本文的研究對(duì)象是一種圓碟形自主水下機(jī)器人——水下直升機(jī)。其設(shè)計(jì)目標(biāo)包括全周轉(zhuǎn)向及垂直起降等,其中垂直起降是水下直升機(jī)的重要功能。頻繁的垂向運(yùn)動(dòng)易受到海流的干擾,而海中環(huán)境復(fù)雜,浮力調(diào)節(jié)系統(tǒng)響應(yīng)慢,無(wú)法快速擺脫海流的影響,需要設(shè)計(jì)一種機(jī)構(gòu)快速穩(wěn)定的操縱垂向運(yùn)動(dòng),滿足經(jīng)濟(jì)適用,能耗低的目標(biāo)。為了優(yōu)化水下直升機(jī)的垂向運(yùn)動(dòng)性能,綜合考慮圓碟形水下直升機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),本文提出了一種垂向矢量螺旋槳推進(jìn)器,基于水動(dòng)力分析軟件ANSYS-FLUENT對(duì)水動(dòng)力性能進(jìn)行計(jì)算分析。本文的研究?jī)?nèi)容可以歸納為:圍繞優(yōu)化水下直升機(jī)的垂直起降功能設(shè)計(jì)了垂向矢量螺旋槳推進(jìn)器。在水下直升機(jī)垂向自轉(zhuǎn)下潛時(shí),它與水下直升機(jī)組成一個(gè)似螺旋槳結(jié)構(gòu),產(chǎn)生與運(yùn)動(dòng)方向相同的推力,提升垂向運(yùn)動(dòng)能力;采用模擬仿真計(jì)算軟件對(duì)水下直升機(jī)在不同槳艇面積比下的垂直下潛水動(dòng)力性能進(jìn)行計(jì)算分析,并與前期研究成果進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明,隨著槳艇面積比的增大,阻力變大;基于網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證,有效地分析了裝配特殊垂向矢量推進(jìn)器的水下直升機(jī)在自轉(zhuǎn)下潛時(shí)的水動(dòng)力性能,探究槳艇面積比、葉數(shù)、螺距角和槳型的不同對(duì)其垂直面運(yùn)動(dòng)水動(dòng)力性能的影響,研究上述參數(shù)的最優(yōu)組合,優(yōu)化垂向矢量推進(jìn)器對(duì)水下直升機(jī)垂直上浮和下潛運(yùn)動(dòng)的性能;螺旋槳數(shù)值驗(yàn)證方面,對(duì)螺旋槳水動(dòng)力性能進(jìn)行分析,得出敞水性征曲線圖與插值法得到的相同螺距比下的敞水性征曲線圖對(duì)比,最大誤差為9.84%,最小誤差僅為2.12%,驗(yàn)證了計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性;水池試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,得到水下直升機(jī)合力試驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)誤差均小于10%,一定程度上驗(yàn)證了仿真計(jì)算的合理性和有效性。
【學(xué)位單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：U674.941
【文章目錄】：
致謝
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題研究背景及意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 引言
        1.2.2 水下機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.3 裝備矢量推進(jìn)系統(tǒng)的AUV發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.4 圓碟形水下機(jī)器人發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.5 水下直升機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀
    1.3 AUV水動(dòng)力性能分析的研究現(xiàn)狀
    1.4 論文主要研究?jī)?nèi)容
2 垂向矢量推進(jìn)器
    2.1 引言
    2.2 垂向矢量推進(jìn)器設(shè)計(jì)
        2.2.1 建立坐標(biāo)系
        2.2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    2.3 螺旋槳的模型建模
    2.4 圓碟形水下直升機(jī)矢量推進(jìn)器設(shè)計(jì)
    2.5 本章小結(jié)
3 垂向矢量推進(jìn)器水動(dòng)力分析及優(yōu)化
    3.1 引言
    3.2 CFD理論
    3.3 槳艇面積比概念及垂直下潛水動(dòng)力性能分析
    3.4 槳艇面積比對(duì)水下直升機(jī)垂直面水動(dòng)力性能影響
        3.4.1 模型建立和網(wǎng)格劃分
        3.4.2 邊界條件設(shè)定
        3.4.3 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證
        3.4.4 模擬仿真結(jié)果
    3.5 槳葉數(shù)量對(duì)水下直升機(jī)垂直面水動(dòng)力性能影響
    3.6 MAU4-53槳葉螺距角對(duì)水下直升機(jī)垂直面水動(dòng)力性能影響
    3.7 探究不同槳型對(duì)水下直升機(jī)垂直面水動(dòng)力性能影響
    3.8 本章小結(jié)
4 數(shù)值及試驗(yàn)驗(yàn)證
    4.1 引言
    4.2 數(shù)值驗(yàn)證
    4.3 試驗(yàn)驗(yàn)證
        4.3.1 無(wú)垂向速度模擬仿真
        4.3.2 水池試驗(yàn)結(jié)果
    4.4 本章小結(jié)
5 總結(jié)與展望
    5.1 論文總結(jié)
    5.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    5.3 展望
參考文獻(xiàn)
作者簡(jiǎn)介

【參考文獻(xiàn)】

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3 魏子凡;俞強(qiáng);楊松林;;基于CFD不同AUV艇體的阻力性能分析[J];中國(guó)艦船研究;2014年03期

4 蘇玉民;趙金鑫;張磊;崔桐;;潛艇搭載AUV回收過(guò)程中水動(dòng)力干擾預(yù)報(bào)[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年11期

5 張赫;龐永杰;李曄;;潛水器水動(dòng)力系數(shù)計(jì)算方法研究[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版);2011年01期

6 張懷新;潘雨村;;CFD在潛艇外形方案比較中的應(yīng)用[J];船舶力學(xué);2006年04期

7 張懷新;潘雨村;;圓碟形潛水器阻力性能研究[J];上海交通大學(xué)學(xué)報(bào);2006年06期

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3 張超;圓碟形水下機(jī)器人的設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)控制[D];哈爾濱工程大學(xué);2013年

4 向東;長(zhǎng)航程潛水器運(yùn)動(dòng)建模與仿真技術(shù)研究[D];哈爾濱工程大學(xué);2009年

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本文編號(hào)：2864082