太阳能水下机器人载体设计与分析

【摘要】：本文以太阳能作为水下机器人的补充能源为问题,提出一款新型的太阳能水下机器人(Solar Automobile Underwater Vehicle),并对载体进行了分析与设计。 首先,根据中国国家气象局在沈阳和广州的太阳能辐射量的观测数据,同时兼顾沈阳地区气候的特点以及机器人载体形状,尺寸,功耗等因素,对机器人的太阳能光伏系统进行了设计、分析、选型。 其次,通过针对载体的水面静力特点进行了分析,对机器人在静态中,其载体结构所具备的静力学特性进行了计算,重点对机器人载体的耐压壳体、俯仰调节、横滚调节系统进行了详细设计与分析,并且分析了载体的浮性与稳性,为后续章节的内容做理论铺垫。 再次,通过ANSYS软件,对耐压壳体进行变形和应力计算,选取了合适的壳体壁厚。并且对载体内部的质心调节机构进行了设计与分析。根据载体水面静力分析结果,恰当布置载体内部结构,保证载体内部的重量分配合理性,使载体具有良好的水面稳定性。 然后,根据上述设计与分析得到的载体外形,同时将尾部推进器外形简化后装载至载体上,通过CFX对机器人整体水动力特定进行分析以及结构优化,使机器人在水下航行时具有最小水阻力,并且受力均衡平稳,最后得到载体在不同姿态下得水动力数据为下一阶段的矢量推进器设计提供依据。 最后,设计一款小型全偏转矢量推进器,首先,绘制矢量推进器机构运动简图。其次,建立推进系统的动力学方程,通过ADAMS软件对方程进行正问题和反问题求解。最后,验证矢量推进器具有良好的运动特性,能满足太阳能水下机器人的运动要求。 【关键词】：太阳能水下机器人 ADAMS ANSYS CFX 光伏系统
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP242.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 课题背景10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.3 工作原理及技术难点13-14
• 1.3.1 工作原理13-14
• 1.3.2 技术难点14
• 1.4 课题主要内容14-15
• 第二章 太阳能水下机器人光伏系统设计15-23
• 2.1 太阳能辐射量的分析与计算15-17
• 2.2 太阳能电池板设计与选用17-20
• 2.2.1 太阳能电池的类型选择17-18
• 2.2.2 太阳能电池功率设计18-20
• 2.3 太阳能蓄电池设计与选用20-22
• 2.3.1 太阳能蓄电池类型选择20
• 2.3.2 蓄电池容量设计及电压选择20-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 太阳能水下机器人载体静力分析23-41
• 3.1 浮力及浮心的计算23-25
• 3.1.1 浮力计算23-24
• 3.1.2 浮心计算24-25
• 3.2 重力及重心的计算25-27
• 3.2.1 重量计算25-26
• 3.2.2 重心计算26-27
• 3.3 质心位置调整系统设计与分析27-31
• 3.3.1 俯仰调节机构对载体的影响27
• 3.3.2 俯仰调节系统设计与分析27-29
• 3.3.3 横滚机构调节对载体的影响29-30
• 3.3.4 横滚调节系统设计与分析30-31
• 3.4 耐压壳体设计与分析31-37
• 3.4.1 耐压壳体一般设计准则31
• 3.4.2 耐压壳体材料选择31-32
• 3.4.3 耐压壳体强度计算与分析32-37
• 3.5 载体稳性分析37-40
• 3.5.1 载体水上稳性分析37-39
• 3.5.2 载体水下稳性分析39-40
• 3.6 本章小节40-41
• 第四章 太阳能水下机器人载体外形优化41-46
• 4.1 太阳能水下机器人滑翔翼结构优化41-42
• 4.2 太阳能水下机器人滑翔翼位置优化42
• 4.3 太阳能水下机器人载体优化42-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第五章 太阳能水下机器人矢量推进器设计与分析46-61
• 5.1 太阳能水下机器人矢量推进器结构设计46-48
• 5.1.1 机构运动简图设计与分析46-47
• 5.1.2 矢量推进器结构设计47-48
• 5.2 太阳能水下机器人矢量推进器运动学建模48-49
• 5.2.1 定义坐标系48
• 5.2.2 建立运动学方程48-49
• 5.3 太阳能矢量推进器动力学建模49-52
• 5.3.1 建立矢量推进器能量方程50-51
• 5.3.2 建立矢量推进器动力学方程51-52
• 5.4 太阳能水下机器人矢量推进器外部负载分析52-55
• 5.4.1 CFX 水动力分析52-54
• 5.4.2 矢量推进器外部负载54-55
• 5.5 太阳能矢量推进器动力学求解55-60
• 5.5.1 矢量推进器正问题求解56-57
• 5.5.2 矢量推进器反问题求解57-60
• 5.6 本章小结60-61
• 第六章 结论61-62
• 6.1 总结61
• 6.2 展望61-62
• 参考文献62-64
• 在学研究成果64-65
• 致谢65

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