小型自治水下機(jī)器人外形優(yōu)化設(shè)計(jì)及水動(dòng)力特性數(shù)值模擬.pdf

1、小型自治水下機(jī)器人(小型AUV),因其具有造價(jià)低,航速塊,隱蔽性好等特點(diǎn),逐漸引起人們的重視,在民用和軍用方面都發(fā)揮著重要的作用。由于AUV自身攜帶的能源有限,所以為了提高能源利用率,AUV在水中航行時(shí),怎樣能夠減小其在水中運(yùn)動(dòng)的阻力是一個(gè)十分重要的課題。開(kāi)展AUV外形優(yōu)化,降低其在水中運(yùn)行時(shí)的阻力等方面的研究,對(duì)提高能源利用率十分重要,是AUV研究的一個(gè)重要方向。為此,本文以小型水下機(jī)器人形狀優(yōu)化為研究目標(biāo),探索減少AUV水阻力的有效

2、方法。圍繞該目標(biāo),本文開(kāi)展了以下幾方面的研究。
　　首先,本文先根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的技術(shù)指標(biāo),確定AUV主要設(shè)計(jì)參數(shù),基于模塊化設(shè)計(jì)思路,AUV由推進(jìn)模塊(動(dòng)力艙)、控制模塊(控制艙)、能源模塊(電池艙)和用戶(hù)自定義模塊(自定義艙、搭載艙)幾部分組成,并建立其運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方程。
　　其次,在建立AUV數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上,對(duì)AUV的外形進(jìn)行參數(shù)建模,確定需要優(yōu)化的外形參數(shù),然后在VC語(yǔ)言環(huán)境中執(zhí)行對(duì)AUV外形優(yōu)化的整個(gè)過(guò)程,優(yōu)化以

3、AUV水中航行時(shí)的水阻力最小為目標(biāo)。本文計(jì)算水阻力是采用計(jì)算流體力學(xué)(CFD)的方法,利用商業(yè)軟件ANSYS中的CFX模塊計(jì)算水阻力,采用遺傳算法選取最優(yōu)的一組參數(shù),即滿(mǎn)足裝配體積下的AUV水阻力最小的參數(shù)。然后通過(guò)模擬仿真對(duì)優(yōu)化后的AUV和優(yōu)化之前的AUV的水動(dòng)力特性進(jìn)行仿真模擬,以對(duì)比分析優(yōu)化前后AUV外形的水阻力特性。
　　最后,為了更好的研究AUV運(yùn)行中阻力及流動(dòng)情況,本文繼續(xù)對(duì)AUV的整體造型在湍流模型下進(jìn)行數(shù)值仿真模擬