發(fā)布時(shí)間：2020-11-10 23:21

　　 波浪滑翔器是一款波浪驅(qū)動(dòng)的海面無人船,它由水面母船和水下牽引機(jī)組成。由于波浪滑翔器能夠完成長時(shí)序、大航程的移動(dòng)觀測任務(wù),近年來廣泛應(yīng)用于世界各地的國防、科研和商業(yè)等領(lǐng)域。建立準(zhǔn)確的波浪滑翔器動(dòng)力學(xué)模型,通過各種手段分析波浪滑翔器的運(yùn)動(dòng)特征,通過仿真與實(shí)驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化,特別是針對(duì)提高波浪滑翔器前向運(yùn)動(dòng)速度的優(yōu)化,是波浪滑翔器大規(guī)模國產(chǎn)化不可逃避的問題。本文針對(duì)以上問題,開展了如下研究工作:首先,本文整理并引用最新數(shù)據(jù)對(duì)國內(nèi)外波浪滑翔器的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析與比較,并對(duì)波浪滑翔器動(dòng)力學(xué)研究的國內(nèi)外現(xiàn)狀進(jìn)行了簡要概述。其次,建立了適用的波浪滑翔器動(dòng)力學(xué)模型,分析了水面母船和水下牽引機(jī)的受力,通過牛頓歐拉方法建立了波浪滑翔器動(dòng)力學(xué)模型,并利用流體力學(xué)仿真方法對(duì)其前向推力進(jìn)行了驗(yàn)證。再次,仿真得到了波浪滑翔器在典型海況下的動(dòng)力學(xué)特性,分析了不同海況下“海哨兵”波浪滑翔器的前向速度與海況參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,根據(jù)波高與波周期的聯(lián)合分布規(guī)律推算了各級(jí)海況下波浪滑翔器的前向速度。然后,仿真得出了波浪滑翔器翼板的最優(yōu)運(yùn)動(dòng)方式、翼板回復(fù)彈簧的最優(yōu)剛度系數(shù)以及翼板運(yùn)動(dòng)夾角的最優(yōu)極限位置,提出了波浪滑翔器在全海況下的最優(yōu)運(yùn)動(dòng)形式。最后,對(duì)“海哨兵”波浪滑翔器的三次海試的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析,驗(yàn)證本文對(duì)波浪滑翔器的各項(xiàng)仿真分析的有效性。研究表明:通過對(duì)比仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),可以得出本文對(duì)“海哨兵”波浪滑翔器的動(dòng)力學(xué)行為分析較為可信,其優(yōu)化之后的前向速度也有了進(jìn)一步提升。研究成果對(duì)預(yù)測波浪滑翔器的實(shí)時(shí)航速及對(duì)波浪滑翔器的后期優(yōu)化設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義和參考價(jià)值。
【學(xué)位單位】：天津工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：U661.3
【部分圖文】：

天津工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文的動(dòng)物和它們所處的環(huán)境特征，并成功應(yīng)用于各項(xiàng)探索任務(wù)。器繞行法拉隆群島的軌跡，其觀測任務(wù)中典型的例子包括跟美國東南沿海的各種魚類以及哈利法克斯的鮭魚、螃蟹和鰻學(xué)技術(shù)學(xué)院海洋生物物理研宄所利用波浪滑翔器在靠近日４級(jí)颶風(fēng)過境時(shí)海氣界面的物理變化過程，其軌跡如圖１－２所一種全新的、更為完整的臺(tái)風(fēng)中心海氣相互作用的觀點(diǎn)［１２］。??

其產(chǎn)品也隨著用戶的不斷增多，在技術(shù)水平上不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域更加??廣闊。??相較于Ｗａｖｅ?Ｇｌｉｄｅｒ?ＳＶ２，Ｌｉｑｕｉｄ?Ｒｏｂｏｔｉｃｓ公司新型的波＇浪沿翔器（Ｗａｖｅ??Ｇｌｉｄｅｒ?ＳＶ３）目前配置無線通訊、銥星通訊和船舶Ｇ動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)（ＡＩＳ），還搭載可??以用于海洋環(huán)境測量的多類傳感器，如聲學(xué)多普勒剖面流速儀、氣象站和波浪傳??感器用于水文氣象測量，這三款傳感器的作用不僅在于水文氣象數(shù)據(jù)的采集，還??對(duì)波浪滑翔器的實(shí)時(shí)速度預(yù)測、航位推算和位置保持都有參考意義；此外與Ｗａｖｅ??Ｇｌｉｄｅｒ?ＳＶ２相比，新型的波浪滑翔器ＳＶ３還增設(shè)了電動(dòng)推進(jìn)器，在電量充足或??突發(fā)緊急狀況下，可以利用電動(dòng)推進(jìn)器提高波浪滑翔器的瞬時(shí)速度，而且此推進(jìn)??器采用矢量推進(jìn)方式，能夠有效增加波浪滑翔器的機(jī)動(dòng)性。ＳＶ３的另外一個(gè)特點(diǎn)??是加裝了回收浮體，在回收時(shí)利用回收浮體會(huì)減少海上作業(yè)強(qiáng)度，降低作業(yè)船只??的配置要求，并降低對(duì)波浪滑翔器太陽能電池板破壞的可能性。圖１－４為ＳＶ３??波浪滑翔器的基本參數(shù)的配置圖［２３］，表１－１為波浪滑翔器ＳＶ２和ＳＶ３的基本參??數(shù)對(duì)比。???????

——羅盤??圖２－丨波浪滑翔器結(jié)構(gòu)組成圖??＼?ｗ?：?＿??．．．．．．??圖２－２波浪滑翔器工作原理圖??２．３波浪滑翔器坐標(biāo)系構(gòu)建及運(yùn)動(dòng)分析??２．３．１波浪滑翔器建模的基本假設(shè)??考慮到波浪滑翔器是一個(gè)極為復(fù)雜的多體結(jié)構(gòu)，且在多變的環(huán)境中運(yùn)行，其??動(dòng)力學(xué)建模的建立難度較大。為了盡量保證研究的可行性，達(dá)到波浪滑翔器動(dòng)力??學(xué)分析的目的，本文對(duì)波浪滑翔器進(jìn)行建模時(shí)，進(jìn)行了如下簡化［４９＿５２］：??１．水面母船與水下牽引機(jī)經(jīng)由臍帶纜連接，且其連接方式為十字軸萬向節(jié)連??１２??
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本文編號(hào)：2878445