单体小水线面无人艇总体设计及水动力分析

摘要

近年来各国大力发展无人艇技术，针对部分敏感地区或危险水域，通常考虑使用无人艇，且要求无人艇拥有较好的水动力性能，在军用方面，也有一定的隐身要求。无人艇若完全潜入水中，其隐身性能将得到提高，但其通讯能力会受到较大影响。因此本文参考单体小水线面水翼复合高速船及相关船舶船型特点，设计了一种新型单体小水线面无人艇。该无人艇拥有较小的上体结构，且外形较为特殊，具备一定的隐身性能,且能保证其通讯能力。由于国内尚无该型无人艇,论文不仅完成了无人艇的外形设计,也完成了内部布置、机构的设计等工作，同时也完成了无人艇水动力性能的模拟分析。以下为本文完成的具体工作：
　　完成无人艇总体设计，包括无人艇艇形设计、主尺度的确定、舱室划分、无人艇内部构件及机构的设计与建模、无人艇浮态校核等。
　　完成无人艇艇体两侧水翼水动力分析及尾舵的选型与设计。选用NACA00xx系列翼型，通过对比，选出最佳翼型NACA0010；通过计算无人艇浮态变化的浮力损失确定水翼转角；通过公式计算水翼转动后在设计航速下所受合力的合力点位置，确定水翼及翼轴安装位置；最后通过DN V规范计算尾舵舵叶面积，并确定尾舵相关参数。
　　通过国际通用船型Wigley船型阻力的模拟值与实验值及计算值的对比，验证了Finemarine模拟阻力方面的可行性；利用Finemarine，模拟无人艇在体航状态和翼航状态下1-10kn航速下的阻力，并分析不同航速阻力情况；通过后处理软件得到无人艇在不同航速下的航行状态及兴波情况，模拟结果达到了设计的目的。最后根据阻力计算完成了螺旋桨设计及主机选型。
　　基于Finemarine，对单体小水线面无人艇的耐波性进行了模拟分析。通过模拟一级、三级规则波和随机不规则波，分析了无人艇在体航及翼航状态下遭遇横浪及迎浪时的水动力响应。模拟结果表明，在低海况，无人艇水动力性能优良。在高海况及不规则波下，水动力响应较为剧烈，不适宜工作，但能够保证自存。
　　通过设计及模拟分析，本文设计的单体小水线面无人艇实现了设计的目的，但在耐波性能方面存在一些不足。这些问题可以在今后的设计工作中进一步解决和优化。由于国内外尚无单体小水线面船船型特征直接应用到无人艇中的工程实例，本文完成了该无人艇总体设计及内部部分装置设计，并完成了相关性能分析工作，是一次积极有意义的尝试，对今后的研究工作具有一定的参考价值。

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第1章 绪论

1. 1 选题背景及意义

1. 2 无人艇国内外发展现状

1. 3 小水线面单体船发展现状

1. 4 本文主要研究内容

第2章 单体小水线面无人艇总体设计

2. 1无人艇艇型确定

2. 2 主尺度确定及模型建立

2. 3 舱室划分

2. 4 无人艇内部构件模型建立

2. 5 稳性校核

2. 6 本章小结

第3章 单体小水线面无人艇水翼水动力分析及舵叶设计

3. 1 水翼简介

3. 2 水翼水动力特性

3.3 NACA系列翼型

3.4 水动力分析软件FINE/Marine简介

3. 5 模拟方法的验证

3. 6 无人艇水翼选型

3. 7 尾舵面积计算及舵型确定

3. 8 本章小结

第4章 单体小水线面无人艇阻力性能研究及螺旋桨设计

4. 1 阻力分类

4. 2 模拟方法的验证

4. 3 单体小水线面无人艇阻力性能计算

4. 4 螺旋桨及主机选型

4. 5 本章小结

第5章 单体小水线面无人艇耐波性能研究

5. 1 船舶耐波性

5. 2 海浪概述

5. 3 单体小水线面无人艇衰减模拟

5. 4 单体小水线面无人艇水动力响应分析

5. 5本章小结

第6章 总结与展望

6. 1 论文研究工作总结

6. 2 进一步展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文

致谢