船舶与海洋工程专业毕业论文.docx
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1、船舶与海洋工程专业毕业论文船舶与海洋工程专业毕业论文专业高速无人艇设计与运动性能初步分析摘要高速无人滑行艇具有高速、隐身、智能等优点,因此能够用于灵敏作战,目前,国外已有多种水面高速无人艇应用于军事领域,十分是以美国为代表的西方国家已将其列为重要的发展方向;国内在水面高速无人艇技术方面的研究还处在初级阶段,近年来研制出的无人驾驶船也只是应用于探测天气,为了更好低完善我国海军作战体系,带动相关军工业的发展。本文进行的主要工作有:一、针对目前国内外的高速无人艇研究发展现状展开了调查研究,并对我国目前滑行艇阻力、稳性、耐波性和新艇型的开发进行简单的介绍。二、从任务需求出发,结合现有条件,利用Maxs
2、urf软件进行单体滑行艇模型的设计,并对模型进行了流体性能的初步计算分析。三、进行了推进器的设计,并对喷水推进器的种种要素对各个性能的影响进行了分析。四、以滑行艇前进、升沉及纵摇运动为目的开展滑行艇流体性能的初步分析。五、建立了船前进、升沉、纵摇三自由度运动数学模型,开展了滑行艇三自由度运动预报,分析了高速滑行艇运动特点。关键词:无人滑行艇性能分析三自由度运动数学模型运动预报AbstractUnmannedSurfaceVehicle(USV)hassomegoodpropertiessuchashigh-speed,stealth,intelligence,etc,whichcanbeuse
3、dforflexibleoperations,currently,therearemanyforeignhigh-speedunmannedsurfacevesselsinthemilitaryfield,especiallytheUnitedStatesastherepresentativeoftheWesterncountrieshavetheirasanimportantdirectionofdevelopment;domestichigh-speedunmannedcraftonthewatertechnologyresearchisstillattheinitialstage,dev
4、elopedinrecentyearsofunmannedboatonlyapplydetecttheweather,inordertobetterimproveournavalcombatsystemoflow,promotethedevelopmentofmilitary-industrialrelated.Thismajorworkcarriedoutare:First,Aviewofthecurrentdomesticandforeignresearchanddevelopmentofhigh-speedunmannedcraftlaunchedasurveyonthecurrents
5、ituation,andintroduceresistance,stability,seakeeping,andthedevelopmentofnewhullofourcountrycurrentplaningboat.Second,fromthemissionrequirements,combinedwithexistingconditions,useofMaxsurfsingleplaninghullmodelofsoftwaredesign,andmodeltheperformanceofthepreliminarycalculationoffluidanalysis.Third,for
6、thepropellerdesign,andalltheelementsofwaterjetpropulsionofindividualperformancewasanalyzed.Fourth,inordertoslidetheboatforward,heaveandpitchmotiontargetingofplaningcraftapreliminaryanalysisoffluidproperties.Fifth,theestablishmentoftheboatforward,heave,pitchthreedegreesoffreedommathematicalmodel,carr
7、iedoutthree-DOFmotionplaningpredictionofhigh-speedplaningcraftmotor.Keywords:unmannedplaningcrafts;PerformanceAnalysis;numeralmodelofthreedegreesoffreedommovement;reportExerciseofcrafts.目录第1章绪论(1)1.1引言.11.2课题背景.(2)1.2.1国外发展.21.2.2国内发展.41.2.3我国对于改善阻力性能的各种特殊措施方面的研究.41.2.4我国对滑行艇关于耐波性的研究.51.2.5我国对滑行艇关于稳
8、性方面的研究.51.2.6我国对滑行艇新艇型的开发与研究.61.3论文研究的目的与意义.61.4论文主要内容(7)第2章高速滑行艇maxsurf建模(8)2.1滑行艇的maxsurf建模(8)2.1.1单体滑行艇的主尺度.82.1.2单体滑行艇的maxsurf建模视图.82.1.3利用muxsurf对艇静止在水面时基本计算.102.1.4利用Hydromax对艇静止在水面时基本计算(11)第3章推进器设计(17)3.1喷水推进器的概要.173.2喷水推进器较常规螺旋桨推进技术的优点.173.3喷水推进器的工作机理.183.4喷水推进器理论.203.5影响喷水推进器性能的重要参数.(21)3.5
9、.1建立喷水推进器计算模型.213.5.2重要参数.(21)第4章滑行艇流体性能初步分析(27)4.1引言.274.2滑行艇水动力计算概述.274.3滑行艇纵向受力分析.284.4滑行平板的流体动力分析.(29)4.4.1姆雷Murry法估算滑行艇的阻力.304.5模型阻力计算.344.6滑行艇在静水中垂荡运动.384.7滑行艇在静水中纵摇运动.404.8滑行艇的纵向运动稳定条件.(41)第5章滑行艇三自由度运动预报(42)5.1滑行艇纵向运动耦合方程的数学模型(42)5.1.1坐标系的选取.425.1.4作用于滑行艇的非惯性类水动力矩.445.2滑行艇所受各非惯性力矩的详细计算.445.3高
10、速滑行艇运动特点.(48)结论.49致谢.50参考文献(51)第1章绪论1.1引言在过去十几年中,微电子技术、光电技术、计算机、通信、信息处理、新材料等高技术的发展,为无人机及其机载设备等提供了良好的发展条件,无人驾驶运载工具开场真正呈现复兴的势头。无人机也逐步发展成可提供兵力倍增作战能力的系统方面过度。迄今为止,人们大多都将注意力集中在出尽风头的无人驾驶航空器UAV上。确实,无人驾驶航空器既能够执行远程空中监视,可以执行有限的攻击任务,而且直升机昨晚巡查装备表现出色,令人叹服;但与水面无人艇相比,无人驾驶航空器目前在使用和回收方面还存在宏大困难,直升机的使用费用又非常昂贵,补充装备所需费用甚
11、至更高而无人艇确恰恰相反。不但具有很多突出的特点,教之运用环境,无人艇更是独具特色。所谓智能无人水面艇USV,就是指那些依靠遥控或自主方式在水面航行的小型无人化、智能化作战平台。它们能够通过大型舰艇携载,等到达预定地点后加以施放,可以以直接在近岸实现保护己方打击敌方的作用。无人水面艇作为一种新概念武器,较之传统水面舰艇具有一些突出的特点:功能形式多样化作战行动灵敏化艇体构造隐蔽化作战人员零伤亡网络作战中心化1图1-1美国水虎鱼“无人拖带艇正是智能无人水面艇USV具有这么多突出特点,带动了无人艇的多向发展,它们在将来海洋国土安全发挥越来越大的作用。国内外都特别重视该领域的研究,并逐步在军事和其他
12、方面得到应用。1.2课题背景1.2.1国外发展无人水面艇固然被以为是一种新概念武器,但其作战使用确能够一直追溯到第二次世界大战期间。在第二次世界大战诺曼底登陆战役期间,盟国为了实现其战略欺骗和作战掩护的目的,曾设计出一种形如鱼雷的无人水面艇,该艇上载有大量的烟幕剂,可按预先设定的航向机械地驶往欺骗海域,进而造成舰艇编队登陆的假相,同时盟军还利用大型舰艇携带其到达预定海域而后释放并引导其进入计划登陆的海滩施放烟幕,直至动力耗尽或被摧毁为止。在二战后期,美国海军也曾研制过一系列无人驾驶火箭扫雷艇,即在小型登陆艇上加装无线电控制的操舵装置和扫雷火箭弹,用于浅海雷区作业。二战结束后至五六十年代,苏联曾
13、研制过小型遥控式无人水面艇,用于向敌舰发动自杀式的撞击爆炸性攻击,而美国同期开发的一些无人艇则主要用于搜集海上核试验后的环境数据。由于技术上的滞后,无人水面艇的发展在后来的30年间没有大的突破。图1-2美国“魑魅卫士直到1991年海湾战争后,真正意义上的无人水面艇的开发才随着制导和控制技术的日渐成熟而被重新提上日程。美、法、日、以等国纷纷投入巨资发展这一装备(见表1-1),其作战系统也实现了由固定式向模块化的转变,作战功能也由单一的反舰、掩护编队、扫雷作战扩展到反恐、缉私、打击海盗、搜捕、通信等新兴领域。表1-1各国无人水面艇参数表1.2.2国内发展在水面高速无人艇方面的研究目前我国还处于起步
14、阶段。根据相关记载类似的研究如下:1972年中华造船厂曾经建造了一艘无人遥控扫雷艇,但其技术早已经落伍。2002年我过北方某基地装备通信修理厂将一艘退役导弹快艇改装为无人遥控靶船,通过远距离的遥控指挥,实现对靶船航速、航向、灯光信号识别等要素的战术控制,2020年,中国航天科工集团公司所属沈阳航天新光集团公布,由该集团研制成功的中国第一艘无人驾驶海上探测船“天象一号目前正在青岛,为北京奥运会的青岛奥帆赛提供气象保障服务,目前从所见报道分析,我国对水面无人舰艇尚未进行系统的研究,还停留在对现有舰艇改装为遥控靶船任务的阶段,在真正意义上的自主航行的无人艇方面,与欧美有着非常明显的差距。但是在刚性充
15、气艇方面,我国有太多项相关研究。蚁口招发工程船务有限公司根据市场调查和对欧美90年代充气艇的充分研究,根据海上救生艇的设计要求和制造工艺要求,于1996年制定了“小鲸牌充气艇系列和充气艇制造的企业标准,并于年末成功作出了一批样艇和完成试航性能测定。随着中国的崛起,十分是2000年北京获得奥运会的申办权之后,使用国产刚性充气艇的呼声很高。上海和福建曾经有船厂尝试生产刚性充气艇,结果由于关键的技术和材料没有过关而失败了。到了2004年初北京准备接棒奥运,北京奥运会的工作用艇也被提到了议事日程上来。北京奥运筹办委会呼吁国人生产本人的奥运船艇,并列出了刚性充气艇这个空缺项目,希望国内有厂家能够研制生产
16、。作为南方最大的玻璃钢船生产企业江龙船舶和招发船务联手制造的这一艘植入法兰西技术的刚性充气艇,从外观,内在技术,都能到达标准,可谓是一步登天2。1.2.3我国对于改善阻力性能的各种特殊措施方面的研究我国还广泛开展了对改良滑行艇阻力性能的各种附加措施的研究,井获得了不少成果如在滑行艇上加装尾压浪板或尾楔形板3文献5还推荐采用双楔形板,它能够比通常的单楔形板获得更好的减阻效果文献6则表明其耐波性也是良好的华中理工大学杨素珍等人研究了滑行艇底面空气润滑的减阻效果,这是在滑行艇底部通过成排小孔导入空气,使其附着底部浸湿外表,以减小摩擦阻力的措施,称之为“导风垫气(SAFACUB)技术,文献7介绍了他们
17、的研究成果。大量的研究集中在减少圆舭快艇阻力的措施上很多文献都讨论了圆舭艇上加装尾压浪板的减阻效果,并分析了减阻机理有些还利用实艇试验结果分折了尾压浪板对推进性能的影响文献8进行了防溅条对圆舭快艇性能影响的研究研究表明,在一定速度范围内,合理安装防溅条有可能使阻力下降这与NPL的研究结论是一致的4。1.2.4我国对滑行艇关于耐波性的研究关于滑行艇在波浪中运动性能预报方面,在zanin的非线性运动方程的基础上,哈尔滨船舶工程学院的戴仰山等人提出了在规则波与不规则波中运动与弯矩预报方法预报同时采用频域与时域两种方法计算,通过对系列62模型的计算并将结果与Fridsma的试验结果进行了比拟,表明在中
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