【摘 要】
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无人自治水下航行器(AUV)在海底资源勘测、海洋环境调查、海洋工程、海洋国防等领域得到了日益广泛的应用。但众多海洋现象具有大尺度特性,这就要求海洋监测系统具有长时序、
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无人自治水下航行器(AUV)在海底资源勘测、海洋环境调查、海洋工程、海洋国防等领域得到了日益广泛的应用。但众多海洋现象具有大尺度特性,这就要求海洋监测系统具有长时序、大范围、实时海洋观测和环境参数收集的能力。而AUV的能源带载能力有限,制约其续航能力的提升,优化AUV外形,降低阻力,提高推进系统效率是提高其续航能力的直接手段。本文优化设计了AUV的低阻力外形,并依靠升力线理论设计了适用于AUV流场结构的高效率叶型,最后仿真计算了螺旋桨的敞水效率并提出与螺旋桨相匹配的电机选择方案。具体研究成果如下:1.优化设计了无人自治水下航行器的壳体模型。结合工程实际,针对阻力性能较好、容积率较高的Myring外形给出了阻力优化迭代的算法,分析得到了最优阻力系数和外形参数对阻力的影响,通过CFD仿真进行验证,最终得到优化的壳体模型及其阻力值。2.依据环流理论,设计了高效率螺旋桨。结合低阻力壳体模型,提出了符合AUV特征的螺旋桨叶数、转速、桨毂直径、桨叶剖面类型、厚度、弦长等参数的选择方案;仿真得到了桨盘面处的标称入流,带入螺旋桨设计程序,精确得到了伴流场对螺旋桨性能的影响。3.分析得到了展弦比、厚度、纵倾等叶剖面参数与螺旋桨的性能之间的关系,进一步提升了所设计螺旋桨的性能。除提高了螺旋桨的效率,还综合考虑了螺旋桨的强度和振动;最后给出螺旋桨的性能曲线、三维模型及空泡图。4.通过静压力图和速度分布图得到易发生空泡区域。仿真验证了螺旋桨的性能,同时本文从类型、参数及计算公式等几个方面给出了电机选择方法,以使得推进器的效率达到最优。
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