水下机器人外形优化设计.pdf

《水下机器人外形优化设计.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、２０１４年３月机床与液压Ｍａｒ２０１４第４２卷第５期ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＶｏｌ４２Ｎｏ５ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊｉｓｓｎ１００１－３８８１２０１４０５０２２水下机器人外形优化设计王妹婷，齐永锋，汤方平，戴志光，陆柳延，吕学智（扬州大学能源与动力工程学院，江苏扬州２２５１２７）摘要：针对水下机器人水下航行时节约能源、减小阻力、提高航速的要求，采用数学线型设计方法，研究了水下机器人回转体外形优化。在排水量相同的条件下，应用流体计算软件Ｆｌｕｅｎｔ计算并比较了几种不同回转体线型构造的水下机器人直航阻力，

2、根据阻力最小原则并考虑内部元器件布置的空间需求，选择Ｍｙｒｉｎｇ线型方程构建水下机器人外形。根据两个型值点并应用软件ＶｉｓｕａｌＣ＋＋，确定了Ｍｙｒｉｎｇ线型方程中首部锐度因子和尾部离去角两个参数，进而完成了符合机器人自身情况的外形优化设计。研究结果可达到降低水下机器人流线型回转体阻力、改善水动力性能的目的。关键词：水下机器人；外形；优化设计；数学线型中图分类号：ＴＰ２４２３文献标识码：Ａ文章编号：１００１－３８８１（２０１４）５－０７６－４ＳｈａｐｅＯｐｔｉｍａｌＤｅｓｉｇｎｏｆＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＲｏｂｏｔＷＡＮＧＭｅｉｔｉｎｇ，Ｑ

3、ＩＹｏｎｇｆｅｎｇ，ＴＡＮＧＦａｎｇｐｉｎｇ，ＤＡＩＺｈｉｇｕａｎｇ，ＬＵＬｉｕｙａｎ，ＬＶＸｕｅｚｈｉ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｅｒｇｙａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＹａｎｇｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＹａｎｇｚｈｏｕＪｉａｎｇｓｕ２２５１２７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｒｏｂｏｔｓａｉｌｉｎｇ，ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｒｅｑｕｅｓｔｓｆｏｒｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇｓ，ｒｅｄｕｃｉｎｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｓｐｅｅｄ，ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ

4、ｌｉｎｅｔｙｐｅｓｂａｓｅｄｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｗａｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｓｈａｐｅｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｒｏｂｏｔ．Ｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｓａｍｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ，ａｄｏｐｔｉｎｇｆｌｕｉｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅＦｌｕｅｎｔ，ｃｏｍｐａｒｅｏｆｌｉｎｅａｒｓａｉｌｉｎｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｒｏｂｏｔｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｓｅｐａｒａｔｅｌｙｂｙｆｏｕｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｉｎｅｔｙｐｅｓｗａｓｅｘｅｃｕｔｅｄ．Ａ

5、ｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｌｅａｓｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｓｐａｃｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｌａｙｏｕｔ，Ｍｙｒｉｎｇｌｉｎｅａｒｅｑｕａｔｉｏｎｓｗｅｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄｔｏｂｕｉｌｄｓｈａｐｅｏｆｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｒｏｂｏｔ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔｗｏｄａｔａｐｏｉｎｔｓ，ａｄｏｐｔｉｎｇｓｏｆｔｗａｒｅＶｉｓｕａｌＣ＋＋，ｔｈｅｈｅａｄｓｈａｒｐｎｅｓｓｆａｃｔｏｒａｎｄｔａｉｌｄｅｐａｒｔｕｒｅａｎｇｌｅｉｎＭｙｒｉｎｇｌｉ

6、ｎｅｔｙｐｅｅｑｕａｔｉｏｎｗｅｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ．Ａｆｔｅｒｔｈｅｔｗｏｅｘｔｅｒｉｏｒｐａｒａｍｅｔｅｒｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ，ｓｈａｐｅｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｒｏｂｏｔｗａｓｃｏｍｐｌｅｔｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｓｃａｎｒｅａｃｈｔｏｐｕｒｐｏｓｅｓｆｏｒｒｅｄｕｃｉｎｇｔｈｅｓａｉｌｉｎｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｒｏｂｏｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｒｏｂｏｔ；Ｓｈａｐｅ；

7、ＯｐｔｉｍａｌＤｅｓｉｇｎ；Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｌｉｎｅｔｙｐｅ水下机器人依靠自身携带的能源航行，所需能源质：纵向函数光顺、满足一定连续条件；通过输入参的多少取决于水下机器人航速以及航行阻力。在航速数的控制能反映布置性能等方面的要求［２－５］。水下机一定的条件下，阻力大小则成为影响能耗的决定因器人外形优化设计，可大大减小水下机器人的运行阻素。水下机器人航行阻力很大程度受外形影响，通常力，提高能源利用率。来说光顺性良好的外形具有的表面积最少，相应的摩１水下机器人外形方案选择擦阻力也最小［１］。文中采用数学线型设计方法构建流以下４种回转体

8、线型都是通过回转轴线的纵剖面线型水下机器人回转体的光滑曲面，采用纵向函数法得出的数学线型，分为首尾两部分，首部又称为进流描述水下机器人的纵剖线方程。首先搜集几种常见回段，尾部又称为去流段，最大