潜水器螺旋桨和舵翼的优化设计

摘要

智能潜水器技术随着海洋资源的开发而逐渐受到各国的关注。作为人类开发利用海洋资源的重要工具,AUV用各种电池来提供推进的能量,因此所选电池的体积和质量限制了AUV的持久力以及可以携带的设备。为了使潜水器的航程最大化,设计时就需要综合艇体的水动力性能和高效的推进器效率以及良好的操纵性。通过数值模拟的方法,对潜水器展开研究,分析其水动力性能有着非常重要的意义。论文针对潜水器螺旋桨和舵翼的优化设计,开展了如下三方面的研究工作:
　　首先,论文对潜水器的螺旋桨进行了详细地图谱设计,在设计航速下根据已知转速确定最佳的螺旋桨直径,而后进行强度校核,确保所设计的螺旋桨满足强度要求。接着对所设计的螺旋桨进行了参数的优化,通过优化螺旋桨的直径和螺距来改进螺旋桨的效率。论文中也考虑了舵翼的优化设计,将水平方向的稳定性横准数作为限制条件,优化舵翼的参数以保证对回转直径的要求。
　　其次,论文计算了某常规螺旋桨的水动力性能和带尾部附体SUBOFF潜艇的阻力性能,考虑网格数和湍流模型对计算结果的影响,选择合适的网格划分方式和湍流模型对上述所设计的螺旋桨以及计算潜水器的模型进行了CFD的模拟计算。
　　最后,论文中分析了双螺旋桨敞水工作时相互之间的干扰问题,比较随着两者之间距离的变化,螺旋桨性能的改变。为了研究桨舵的不同布置方式对潜水器性能的影响,文中根据螺旋桨的数目和位置的不同分为四种总布置方式,首先分析了不同布局下带螺旋桨时艇体的阻力与不带桨时潜水器艇体阻力的差异,而后将螺旋桨、潜水器艇体和舵翼作为一个整体进行研究,分别计算了在不同舵角下,艇体的阻力性能、螺旋桨的水动力性能以及舵翼的舵效,针对其中的一种布置方式,分析了随着舵翼和螺旋桨间距的改变,螺旋桨的推力系数、转矩系数和效率以及舵翼性能的变化。最后分析比较不同布置方式下各种性能的优略,结合实际要求,选择最好的桨舵布置方式。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 课题研究的背景及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文主要研究内容

第2章 螺旋桨和舵翼的优化设计

2.1 螺旋桨设计

2.2 螺旋桨的优化

2.3 舵翼的优化设计

2.4 本章小结

第3章 基于CFD方法螺旋桨和艇体的数值分析

3.1 CFD方法简介

3.2 常规螺旋桨敞水性能CFD计算

3.3 设计螺旋桨敞水性能计算

3.4 SUBOFF潜艇阻力计算

3.5 潜水器阻力计算

3.6 本章小结

第4章 螺旋桨和舵翼布局的优化

4.1 双螺旋桨敞水性能分析

4.2 不同布局的数值分析

4.3 螺旋桨和舵翼位置的优化

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢