水下滑翔器的结构设计与分析

摘要

水下滑翔器是一种新型的水下航行装置，它具有体积小、可反复使用、无污染等优点。
　　根据所使用的驱动能源，水下滑翔器可分为电能驱动与温差能驱动，温差能驱动虽然能耗更低，但其适用范围有限。本文主要分析设计电能驱动的水下滑翔器，分析了滑翔器主体架构及各大主要部件模块。
　　通过对密封圈耐压分析得出了其在安装和使用中的等效应力和接触正应力分布，对O型橡胶密封圈的力学与密封性能进行了分析，并给出了合理选择O型橡胶密封圈拉伸量与压缩率的理论分析。通过对水下滑翔器稳态滑翔水动力分析，对水下滑翔机器人载体外形机翼机翼进行设计和优化，论文对12种翼型方案进行了分析计算和运动仿真，研究能够提高滑翔效率的最佳机翼外形并分析出了滑翔器的最佳攻角，结果表明滑翔器的稳定性受机翼后掠角的影响最为显著。
　　采用CFD流体动力计算软件用于研究水下机器人载体的外形结构，尤其是在方案设计阶段在外形流体动力设计中具有重要的作用，可缩短研制周期、降低设计成本。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 水下滑翔器简介

1．3 国外的研发状况

1．3．1 Slocum水下滑翔器

1．3．2 Seaglider水下滑翔器

1．3．3 Spray水下滑翔器

1．3．4 ALBAC水下滑翔器

1．3．5 STERNE水下滑翔器

1．4 国内的研究现况

1．4．1 中国科学院沈阳自动化研究所研究的水下滑翔器

1．4．2 天津大学研制的滑翔器

1．4．3 浙江大学机械电子控制工程研究所研制的滑翔器

1．5 水下滑翔器的研究意义

1．5．1 军事意义

1．5．2 资源勘测

1．5．3 水体调查

1．5．4 环境监测

1．6 水下滑翔器的未来前景

1．7 水下滑翔器的技术难点

1．8 本课题研究内容

2 水下滑翔器结构及布置设计

2．1 水下滑翔器总体简介

2．2 结构布局与单元模块划分

2．2．1 姿态调整机构模块

2．2．2 水下滑翔器主体模块

2．2．3 控制与通讯系统模块设计

2．2．4 测量与传感器模块设计

2．2．5 浮力驱动调节模块

2．3 本章小结

3 水下滑翔器低阻外形的选择与密封圈的耐压分析

3．1 水下滑翔器低阻壳体的设计和外形的选择

3．1．1 主载体选材

3．1．2 水下滑翔器减阻壳体的设计理论

3．1．3 曲线组合法

3．1．4 卡克斯法

3．1．5 图解法

3．1．6 线型方程

3．2 水下滑翔器低阻力外壳的形状的选择

3．3 封头设计

3．4 耐压壳体的密封设计

3．5 密封圈的耐压分析

3．5．1 密封圈主载体的选材

3．5．2 密封圈的几何模型

3．5．3 密封圈的材料模型

3．5．4 计算结果与分析

3．6 结论

4 水下滑翔器滑翔翼的设计

4．1 机翼总体介绍

4．2 水平翼的设计

4．2．1 滑翔器水平翼的选型

4．2．2 水平翼几何参数设计

4．2．3 水平翼位置的选择

4．2．4 水平翼翼型形状的选择

4．2．5 建立仿真模型

4．2．6 网格划分及边界条件

4．2．7 分析指标

4．3 具体模型分析

4．4 方向尾翼位置设计

4．5 结论

5 全文总结与工作展望

5．1 全文总结

5．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间的研究成果

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