基于需求驱动的深水AUV系统外形设计

摘要

水下自治航行器（Autonomous Underwater Vehicle），依靠自身携带的能源，搭载不同的任务传感器在指定海域按预先设定的航线航行，来完成指定水域的测量与勘探任务。由于AUV自身携带的能源有限，因此其能源的使用效率显得格外重要，将直接决定着AUV的工作时间与航程，合理设计AUV的外形降低AUV航行时受到的阻力将有效提高AUV的能源利用率。尤其，现代电池技术尚待突破，AUV的外形优化设计，在较长时间内仍将成为AUV研究的重点。
　　本文以实验室研制的深水AUV系统为研究对象，借助商业软件ANSYS，基于阻力最小原则进行AUV外形设计，保证AUV航行时所受到的阻力最小，以最大限度的提高AUV系统的能源利用率。同时，为保证AUV所搭载的各种声学传感器的测量精度，本文从一个新的角度——AUV湿模态分析，研究了AUV采用设计的外形时对所搭载的声学传感器工作性能的影响。通过相关海试实验验证了所得结论的正确性。主要研究成果如下：首先基于阻力最小原则，借助流体软件对采用不同外形的AUV进行流体仿真计算，最终通过对比发现，拥有Myring曲线外形的AUV所受到的阻力明显小于其余外形，为最优线性。在容积相等的情况下，为减小AUV受到的阻力，应尽量增大AUV的长径比。然后对确定外形的AUV系统进行湿模态分析，研究AUV在工作过程中对各阶频率的响应情况，以此作为依据优化AUV外形及结构，避免AUV振动影响各传感器的正常工作。最后通过对相关实验结果进行对比分析，验证了仿真结果的正确性，同时也证明所设计的AUV满足使用要求。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

字母注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 水下机器人研究现状

1.3 水下机器人外形优化及设计研究现状

1.4 水下机器人湿模态研究现状

1.5本文研究意义

1.6本文主要研究内容

第二章 深水AUV系统外形设计

2.1引言

2.2 AUV阻力计算方法

2.3深水AUV系统外形优化

2.4航行速度对AUV阻力的影响

2.5攻角对AUV所受阻力的影响

2.6尾翼对AUV所受阻力的影响

2.7本章小结

第三章 深水AUV系统湿模态分析

3.1引言

3.2 AUV湿模态的计算原理

3.3 AUV湿模态计算

3.4 湿模态计算在AUV设计中的应用

3.5 本章小结

第四章 深水AUV系统实验研究

4.1 引言

4.2 深水AUV系统渤海实验

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢