优秀硕士论文参考高速无人艇设计与运动性能初步分析.docx
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1、江苏科技大学本 科 毕 业 设 计(论文)学 院 船舶与海洋工程 专 业 船舶与海洋工程 学生姓名 梁 x x 班级学号 指导教师 教授 二零一零年六月江苏科技大学本科毕业论文高速无人艇设计与运动性能初步分析 The design of high-speed unmanned craft and preliminary analysis of motion performance毕业设计(论文)题目:高速无人滑行艇设计与运动性能初步分析 一、毕业设计(论文)内容及要求(包括原始数据、技术要求、达到的指标和应做的实验等)(2) (3) 在此基础上,利用完成设计及流体性能的初步计算分析;(4) 以
2、滑行艇前进、升沉及纵摇运动为目标开展滑行艇流体性能的初步分析,并考虑风载荷因素建立滑行艇三自由度运动预报模型;(5) 编制运动预报程序,开展滑行艇三自由度运动预报,分析高速滑行艇的运动特点;(6) 完成相关内容的外文翻译一篇;(7) 撰写毕业论文。二、完成后应交的作业(包括各种说明书、图纸等)1. 毕业设计论文一份;2. 滑行艇三自由度运动预报程序一套;3. 外文译文一篇。 三、完成日期及进度自2010年4月12日起至 2009年6月18日止进度安排:4.12-4.18 查阅资料、撰写综述报告 4.19-4.25 完成滑行艇的方案设计 4.26-5.9 完成滑行艇的流体性能初步计算 5.10-
3、5.23 5.24-6.6 编制程序,开展滑行艇运动性能预报 6.7-6.13 整理论文、打印 6.14-6.18 毕业答辩 四、同组设计者(若无则留空): 五、主要参考资料(包括书刊名称、出版年月等):1.盛振邦,刘应中.船舶原理(上下册),上海交通大学出版社,20032.吴秀恒.船舶操纵性与耐波性,人民交通出版社,19993.陈书海,近海攻击利器-高速攻击艇,国防工业出版社,20044.黄彩虹,军用快艇,人民出版社,19965.董祖舜,快艇动力学,华中理工大学出版社,19916.邵世明,高速艇动力学,上海交通大学出版社,19907.蒯挺适,军用快艇设计基础知识,国防工业出版社,19928.
4、奚伟.翼滑艇运动智能控制仿真初步研究,江苏科技大学硕士论文,2006年 系(教研室)主任: (签章) 年 月 日 学院主管领导: (签章) 年 月 日摘 要高速无人滑行艇具有高速、隐身、智能等优点,因而能够用于灵活作战,目前,国外已有多种水面高速无人艇应用于军事领域,特别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
5、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Maxsurf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标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AbstractUnmanned Surface Vehicle (USV) has some good properties such a
6、s high-speed, stealth, intelligence, etc, which can be used for flexible operations, currently, there are many foreign high-speed unmanned surface vessels in the military field, especially the United States as the representative of the Western countries have their as an important direction of develo
7、pment; domestic high-speed unmanned craft on the water technology research is still at the initial stage, developed in recent years of unmanned boat only apply detect the weather, in order to better improve our naval combat system of low, promote the development of military-industrial related.This m
8、ajor work carried out are:First,A view of the current domestic and foreign research and development of high-speed unmanned craft launched a survey on the current situation, and introduce resistance, stability, seakeeping, and the development of new hull of our country current planing boat.Second, fr
9、om the mission requirements, combined with existing conditions, use of Maxsurf single planing hull model of software design, and model the performance of the preliminary calculation of fluid analysis.Third, for the propeller design, and all the elements of water jet propulsion of individual performa
10、nce was analyzed.Fourth, in order to slide the boat forward, heave and pitch motion targeting of planing craft a preliminary analysis of fluid properties.Fifth, the establishment of the boat forward, heave, pitch three degrees of freedom mathematical model, carried out three-DOF motion planing predi
11、ction of high-speed planing craft motor.Keywords: unmanned planing crafts; Performance Analysis; numeral model of three degrees of freedom movement; report Exercise of crafts.目 录第1章 绪论11.1引言11.2课题背景21.2.1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性方面的研究51.2.6我国对滑行艇新
12、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82.1滑行艇的maxsurf建模82.1.1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173.1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213.5.1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
13、析274.1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294.4.1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42第5章 滑行艇三自由度运动预报435.1滑行艇纵向运动耦合方程的数学模型435.1.1坐标系的选取435.1.4 作用于滑行艇的非惯性类水动力(矩)455.2滑行艇所受各非惯性力(矩)的具体计算455.3高速滑行艇运动特点49结 论51致 谢52参考文献53第1章 绪论1.1引言在过去十几年中,无人驾驶运载工具开始真正
14、呈现复兴的势头。无人机也逐渐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,无人驾驶航空器既可以执行远程空中监视,也可执行有限的攻击任务,而且直升机昨晚巡逻装备表现出色,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巨大困难,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。它们可以通过大型舰艇携载,等到达预定地点后加以施
15、放,也可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: 功能模式多样化 作战行动灵活化 艇体结构隐蔽化 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,它们在未来海洋国土安全发挥越来越大的作用。国内外都十分重视该领域的研究,并逐渐在军事和其他方面得到应用。1.2课题背景1.2.1国外发展无人水面艇虽然被认为是一种新概念武器, 但其作战使用确可以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
16、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,从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
17、 美国“幽灵卫士”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艇 名尺寸/m制造国制造/试验时间续航力最大航速功 能海上猫头鹰3美国199310h/12kn、24h/5kn45雷区侦察、浅海监视、海上拦截斯巴达侦察兵7美国20028h/28kn50模块化、反水雷、情报、反舰、反潜幽灵卫士8美国200324h40海上警
18、戒和防护海虎鱼8美国200324h40水面靶标AN WLD 17美国20032040h10可水上、水下远程猎雷蓝色骑士404美国200524h50大型攻击艇海上斗士80美国20054000nm50扫雷、反潜作战、摧毁水面舰艇或运送突击队保护者9以色列20033950nm40模块化:海上兵力保护、情报监视和侦察、反水雷战、电子战和精确打击海星11以色列200510h40监视、侦察、反水雷战和电子战黄貂鱼8以色列2005 8h40近岸情报侦察与监视、电子战电子侦察FDS 38.3法国1999 20h12半潜式反水雷艇OT914.4日本2005 20h40喷水推进,海上情报侦察和反水雷 1.2.2国
19、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阶段。根据相关记载相似的研究如下: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,2008年,中国航天科工集团公司所属沈阳航天新光集团宣布,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
20、的无人艇方面,与欧美有着非常明显的差距。但是在刚性充气艇方面,我国有过多项相关研究。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,依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,特别是2000年北京取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,结果因为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自己的奥运船艇,并列
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