水下矢量推進(jìn)器的動(dòng)力學(xué)仿真及優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、目前人類正面臨著人口、資源和環(huán)境三大難題。陸地上的資源正在日益減少，而海洋和海洋底部卻蘊(yùn)藏著極其豐富的生物資源及礦產(chǎn)資源。海洋作為人類尚未廣泛開發(fā)的地方和高技術(shù)領(lǐng)域之一是近幾年國(guó)際上激烈競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。而推進(jìn)系統(tǒng)作為裝備各種探測(cè)器的水下載運(yùn)器的動(dòng)力系統(tǒng)，其受到了極大的重視，由于傳統(tǒng)的推進(jìn)系統(tǒng)的復(fù)雜性和不靈活等原因，研發(fā)新型的推進(jìn)裝置是當(dāng)今的熱點(diǎn)問題。
　　 國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)提出了一種全方位矢量推進(jìn)的新想法，并設(shè)計(jì)出了一種基于錐齒輪輪

2、系的傳動(dòng)的矢量推進(jìn)器，該裝置可以把螺旋槳推進(jìn)軸系和舵合二為一，通過改變螺旋槳空間姿態(tài)來改變推力方向。文章針對(duì)這種新型矢量推進(jìn)器，對(duì)其動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行了建模與仿真分析，具體來說，完成了以下工作：
　　 對(duì)矢量推進(jìn)器運(yùn)行的環(huán)境進(jìn)行了分析，并對(duì)環(huán)境進(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。螺旋槳的推力和扭矩是最重要的負(fù)載形式，根據(jù)原理樣機(jī)主要技術(shù)指標(biāo)的需要，計(jì)算出推進(jìn)裝置的推力和扭矩，浮力和浮力矩，深海靜壓力和水動(dòng)力等外載荷形式并進(jìn)行了適當(dāng)簡(jiǎn)化以方便載荷在虛擬

3、樣機(jī)中施加。
　　 基于矢量推進(jìn)器的實(shí)體模型，利用SolidWorks與ADAMS的接口功能，在ADAMS中建立了矢量推進(jìn)器多剛體動(dòng)力學(xué)模型，基于Hertz靜力彈性接觸理論推導(dǎo)出直齒和錐齒輪的接觸力仿真參數(shù)。仿真得到了螺旋槳軸的輸出速度以及齒輪間的嚙合力的幅值和頻率，對(duì)比理論值，仿真結(jié)果表明了建立的動(dòng)力學(xué)模型是正確的。并基于此模型，分析了外部激勵(lì)和內(nèi)部激勵(lì)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的影響。
　　 利用ADAMS和ANSYS的聯(lián)合仿

4、真功能，在ANSYS中生成ADAMS所需的螺旋槳模態(tài)中性文件。利用此文件，建立了裝置的剛?cè)峄旌夏Ｐ停?duì)其進(jìn)行了仿真分析。基于此剛?cè)峄旌夏Ｐ?，分析了螺旋槳柔性體軸對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響。
　　 利用ANSYS的結(jié)構(gòu)分析功能，對(duì)裝置的零部件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析與優(yōu)化。得到了零部件的應(yīng)力，應(yīng)變及振動(dòng)特性。對(duì)推進(jìn)軸系進(jìn)行了模態(tài)分析，為控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
　　 通過本文的研究，為水下矢量推進(jìn)器的進(jìn)一步的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供了參考，為其控制