海洋牧場監(jiān)測系統(tǒng)裝載平臺的研究.pdf

1、隨著全球陸地資源日趨緊張和環(huán)境的不斷惡化，加之世界人口的不斷增加，各國紛紛將經(jīng)濟發(fā)展的重心轉(zhuǎn)向海洋，修復(fù)海洋生態(tài)、發(fā)展海洋經(jīng)濟成為沿海各國國民經(jīng)濟的重要舉措。而作為一種新型的大型人工漁場，海洋牧場邊發(fā)展邊治理的方式越來越受到全世界的認可和推廣。在發(fā)展海洋牧場的同時，針對海洋牧場監(jiān)測的配套設(shè)備也越來越得到重視，雖然目前市場上的水下運載器種類繁多，但這些運載器并不適合海洋牧場這種環(huán)境復(fù)雜空間狹小的工況.。
　　本設(shè)計根據(jù)海洋牧場復(fù)雜海

2、洋環(huán)境的特點設(shè)計了一種針對性強、運動靈活的水下運載器，對傳統(tǒng)的運載器的推進系統(tǒng)進行了改進，并且分別設(shè)計了一種新的類型的轉(zhuǎn)艏系統(tǒng)和沉浮系統(tǒng)。在分析了國內(nèi)外典型的運載器的優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上，結(jié)合海洋牧場的復(fù)雜環(huán)境的特點，對運載器推進、轉(zhuǎn)艏和沉浮三大系統(tǒng)進行了創(chuàng)新設(shè)計，使其能夠適應(yīng)環(huán)境復(fù)雜、空間狹小的海洋牧場環(huán)境。
　　首先對運載器進行了總體設(shè)計。針對海洋牧場海洋動植物共存、空間狹小等特點，設(shè)計了一種新型的轉(zhuǎn)艏系統(tǒng)，無需轉(zhuǎn)艏空間實現(xiàn)原地轉(zhuǎn)艏

3、，把傳統(tǒng)的運載器三自由度運動減少為兩自由度的運動，簡化了運載器的模型；沉浮系統(tǒng)采用活塞式系統(tǒng)，使運載器能夠無動力懸浮于水中，同時能夠降低運載器的重心，增加了運載器的穩(wěn)定性；并將傳統(tǒng)的雙電機驅(qū)動雙螺旋漿推進方式改進為單電機驅(qū)動雙螺旋漿推進，保證了螺旋槳無差速推進，從而保證運載器的直線推進。在此基礎(chǔ)上對運載器推進和沉浮時的動力和阻力進行了詳細計算和分析，給出了運載器的速度、加速度和位移公式。
　　在分析了運載器合外力和力矩作用的前提下

4、，導(dǎo)出了運載器的運動學(xué)和動力學(xué)模型，并進行了相應(yīng)的運動學(xué)和動力學(xué)分析。結(jié)合本文設(shè)計的運載器的受力分析和空間運動方程建立了運載器推進系統(tǒng)和沉浮系統(tǒng)的運動仿真數(shù)學(xué)模型，導(dǎo)出了運載器的傳遞函數(shù)，并在此基礎(chǔ)上求出了運載器的閉環(huán)傳遞函數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)設(shè)計了相應(yīng)的Simulink仿真圖進行了仿真，得出了有效的PID控制參數(shù)來驗證該運載器的可行性。
　　對運載器在水下的基本運動進行了FLUENT流體分析，得到了運載器運動的壓力云圖、速