太陽(yáng)能水下機(jī)器人載體設(shè)計(jì)與分析

【摘要】：本文以太陽(yáng)能作為水下機(jī)器人的補(bǔ)充能源為問題,提出一款新型的太陽(yáng)能水下機(jī)器人(Solar Automobile Underwater Vehicle),并對(duì)載體進(jìn)行了分析與設(shè)計(jì)。 首先,根據(jù)中國(guó)國(guó)家氣象局在沈陽(yáng)和廣州的太陽(yáng)能輻射量的觀測(cè)數(shù)據(jù),同時(shí)兼顧沈陽(yáng)地區(qū)氣候的特點(diǎn)以及機(jī)器人載體形狀,尺寸,功耗等因素,對(duì)機(jī)器人的太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)、分析、選型。 其次,通過針對(duì)載體的水面靜力特點(diǎn)進(jìn)行了分析,對(duì)機(jī)器人在靜態(tài)中,其載體結(jié)構(gòu)所具備的靜力學(xué)特性進(jìn)行了計(jì)算,重點(diǎn)對(duì)機(jī)器人載體的耐壓殼體、俯仰調(diào)節(jié)、橫滾調(diào)節(jié)系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)與分析,并且分析了載體的浮性與穩(wěn)性,為后續(xù)章節(jié)的內(nèi)容做理論鋪墊。 再次,通過ANSYS軟件,對(duì)耐壓殼體進(jìn)行變形和應(yīng)力計(jì)算,選取了合適的殼體壁厚。并且對(duì)載體內(nèi)部的質(zhì)心調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)與分析。根據(jù)載體水面靜力分析結(jié)果,恰當(dāng)布置載體內(nèi)部結(jié)構(gòu),保證載體內(nèi)部的重量分配合理性,使載體具有良好的水面穩(wěn)定性。 然后,根據(jù)上述設(shè)計(jì)與分析得到的載體外形,同時(shí)將尾部推進(jìn)器外形簡(jiǎn)化后裝載至載體上,通過CFX對(duì)機(jī)器人整體水動(dòng)力特定進(jìn)行分析以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化,使機(jī)器人在水下航行時(shí)具有最小水阻力,并且受力均衡平穩(wěn),最后得到載體在不同姿態(tài)下得水動(dòng)力數(shù)據(jù)為下一階段的矢量推進(jìn)器設(shè)計(jì)提供依據(jù)。 最后,設(shè)計(jì)一款小型全偏轉(zhuǎn)矢量推進(jìn)器,首先,繪制矢量推進(jìn)器機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。其次,建立推進(jìn)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程,通過ADAMS軟件對(duì)方程進(jìn)行正問題和反問題求解。最后,驗(yàn)證矢量推進(jìn)器具有良好的運(yùn)動(dòng)特性,能滿足太陽(yáng)能水下機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)要求。 【關(guān)鍵詞】：太陽(yáng)能水下機(jī)器人 ADAMS ANSYS CFX 光伏系統(tǒng)
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TP242.3
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 緒論10-15
• 1.1 課題背景10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-13
• 1.3 工作原理及技術(shù)難點(diǎn)13-14
• 1.3.1 工作原理13-14
• 1.3.2 技術(shù)難點(diǎn)14
• 1.4 課題主要內(nèi)容14-15
• 第二章 太陽(yáng)能水下機(jī)器人光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)15-23
• 2.1 太陽(yáng)能輻射量的分析與計(jì)算15-17
• 2.2 太陽(yáng)能電池板設(shè)計(jì)與選用17-20
• 2.2.1 太陽(yáng)能電池的類型選擇17-18
• 2.2.2 太陽(yáng)能電池功率設(shè)計(jì)18-20
• 2.3 太陽(yáng)能蓄電池設(shè)計(jì)與選用20-22
• 2.3.1 太陽(yáng)能蓄電池類型選擇20
• 2.3.2 蓄電池容量設(shè)計(jì)及電壓選擇20-22
• 2.4 本章小結(jié)22-23
• 第三章 太陽(yáng)能水下機(jī)器人載體靜力分析23-41
• 3.1 浮力及浮心的計(jì)算23-25
• 3.1.1 浮力計(jì)算23-24
• 3.1.2 浮心計(jì)算24-25
• 3.2 重力及重心的計(jì)算25-27
• 3.2.1 重量計(jì)算25-26
• 3.2.2 重心計(jì)算26-27
• 3.3 質(zhì)心位置調(diào)整系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析27-31
• 3.3.1 俯仰調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)對(duì)載體的影響27
• 3.3.2 俯仰調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析27-29
• 3.3.3 橫滾機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)對(duì)載體的影響29-30
• 3.3.4 橫滾調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析30-31
• 3.4 耐壓殼體設(shè)計(jì)與分析31-37
• 3.4.1 耐壓殼體一般設(shè)計(jì)準(zhǔn)則31
• 3.4.2 耐壓殼體材料選擇31-32
• 3.4.3 耐壓殼體強(qiáng)度計(jì)算與分析32-37
• 3.5 載體穩(wěn)性分析37-40
• 3.5.1 載體水上穩(wěn)性分析37-39
• 3.5.2 載體水下穩(wěn)性分析39-40
• 3.6 本章小節(jié)40-41
• 第四章 太陽(yáng)能水下機(jī)器人載體外形優(yōu)化41-46
• 4.1 太陽(yáng)能水下機(jī)器人滑翔翼結(jié)構(gòu)優(yōu)化41-42
• 4.2 太陽(yáng)能水下機(jī)器人滑翔翼位置優(yōu)化42
• 4.3 太陽(yáng)能水下機(jī)器人載體優(yōu)化42-45
• 4.4 本章小結(jié)45-46
• 第五章 太陽(yáng)能水下機(jī)器人矢量推進(jìn)器設(shè)計(jì)與分析46-61
• 5.1 太陽(yáng)能水下機(jī)器人矢量推進(jìn)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)46-48
• 5.1.1 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)與分析46-47
• 5.1.2 矢量推進(jìn)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)47-48
• 5.2 太陽(yáng)能水下機(jī)器人矢量推進(jìn)器運(yùn)動(dòng)學(xué)建模48-49
• 5.2.1 定義坐標(biāo)系48
• 5.2.2 建立運(yùn)動(dòng)學(xué)方程48-49
• 5.3 太陽(yáng)能矢量推進(jìn)器動(dòng)力學(xué)建模49-52
• 5.3.1 建立矢量推進(jìn)器能量方程50-51
• 5.3.2 建立矢量推進(jìn)器動(dòng)力學(xué)方程51-52
• 5.4 太陽(yáng)能水下機(jī)器人矢量推進(jìn)器外部負(fù)載分析52-55
• 5.4.1 CFX 水動(dòng)力分析52-54
• 5.4.2 矢量推進(jìn)器外部負(fù)載54-55
• 5.5 太陽(yáng)能矢量推進(jìn)器動(dòng)力學(xué)求解55-60
• 5.5.1 矢量推進(jìn)器正問題求解56-57
• 5.5.2 矢量推進(jìn)器反問題求解57-60
• 5.6 本章小結(jié)60-61
• 第六章 結(jié)論61-62
• 6.1 總結(jié)61
• 6.2 展望61-62
• 參考文獻(xiàn)62-64
• 在學(xué)研究成果64-65
• 致謝65

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