吸附式海缆检测潜航器系统设计及动力学分析

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海缆需要定期维护和检测,同时海底电缆损坏现象时有发生,其破损后的排查及修复难度较大。本文主要工作是设计海缆检测潜航器并对其进行动力学分析。首先,在分析了国内外海底管线检测相关的水下潜航器的基础上,根据海底沉积物和海流特点,提出采用电磁轮吸附海缆的检测方式,使海缆变为导轨,在海缆的引导作用下,降低了潜航器控制的难度。然后,提出了潜航器主体机械部分设计方案,并针对承力部件采用ANSYS Workbench进行静力学分析;且利用经验公式推导了耐压舱的理论设计厚度,和分析结果进行了对比,验证了设计的合理性。同时,对吸附组件进行了详细分析,设计了采用外转毂的电磁吸附轮,降低了密封难度。其次,对吸附式海缆检测潜航器进行了受力分析,并建立了潜航器六自由度空间运动方程。再次,本文采用有限元软件进行了水动力学分析,用Fluent软件仿真计算了直航、斜航、俯仰航三种工况下,潜航器在不同流速、漂角、攻角状态下的运动受力情况,并对潜航器受到的正向、垂向、横向阻力以及由这些力产生的力矩进行详细分析。利用计算得到的潜器阻力数据确定了推进器的最小推力。此外,依据得到的阻力数据,计算了潜航器的水动力系数,进一步完善了潜航器动力学模型。数值计算与仿真结果为潜航器运动性能预报和操控性设计提供了重要参数依据。最后,在样机初步研制完成后进行了系统调试、推力测试;并初步进行了拖拽实验,获得了潜航器轮部淤泥阻力数据,以及潜航器在不同速度下的水阻力,和仿真结果进行了对比,验证了仿真结果的合理性。本课题研究也可为同类研究参考。
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