基于AUV的全方位推进器研究与设计

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1、天津大学硕士学位论文基于AUV的全方位推进器研究与设计ResearchandDesignofVariableVectorPropellerforAUV一级学科：机械工程学科专业：机械工程作者姓名：王福强指导教师：张宏伟副教授天津大学机械工程学院二零一四年十二月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说

2、明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据中文摘要全方位推进器是一种通过调距机构控制叶片螺距角产生周期性变化，进而产生全方位推力的新型推进装置，它可以为自治水下机器人提供良好的操纵性能

3、以便安全、有效的完成水下勘测任务。常规推进装置通常由普通螺旋桨加操纵装置（比如十字舵、槽道推进器等）构成，与其相比，全方位推进器具有结构紧凑、低速操纵性好、艇体外形连续、外形流体阻力小等优点，因此具有非常广阔的应用前景。本文以调距机构为核心对全方位推进器进行了研究和设计，主要内容如下：首先，在对已有的全方位推进器的调距机构进行了比较和分析后，本文提出了一套新型的偏心盘并联调距机构，此调距机构引入了Delta并联机构来实现偏心盘的3个移动自由度，进而实现叶片螺距角的周期性调整。并通过几何分析和自由度计算对此调距机构的可行性进行了验证。其次，基于矢量方程和牛

4、顿-欧拉法建立了偏心盘并联调距机构的运动学和动力学模型，然后对其进行了分析和计算，得出了在此调距机构控制下叶片螺距角的周期变化规律为简谐运动规律，还得到了此调距机构在运动过程中各个构件的受力变化情况，然后通过尺寸综合改善机构的受力情况，提升了调距系统的刚度。然后，为研究全方位推进器的水动力特性，本文根据B型螺旋桨图谱设计了一个全方位推进器模型，采用Fluent计算流体力学软件对此模型进行了水动力仿真计算，得到了全方位推进器仿真模型的水动力特性曲线，即在各种叶片螺距状态下的轴向推力、扭矩，横向推力大小和推进效率，证明了全方位推进器具有良好操纵性能和较高的推

5、进效率。最后，对全方位推进器进行了详细的结构设计，然后通过有限元软件ANSYS对各个构件进行了应变和应力分析，根据分析结果对构件的结构进行了优化设计，保证了构件的结构强度，刚度等性能。关键词：全方位推进器；自治水下机器人；调距机构；Delta并联机构;I万方数据AbstractAsanewkindofpropeller,variablevectorpropeller(VVP)canproducevariabledirectionthrustbythecyclicalchangeofbladepitchunderthecontrolofbladeadjus

6、tingmechanism,anditcanprovideagoodmaneuverabilityforautonomousunderwatervehicle(AUV)toconductunderwatersurveytaskssafelyandeffectively.Theconventionalpropulsionmodeusuallyconsistsofanormalpropellerandthecontroldevice(suchas,crossruddersorchannelpropellers),comparedwiththatVVPhast

7、headvantagesofcompactstructure,goodmaneuverabilityatlowspeed,continuoushullshapeandlowfluidresistance.Soithasaverybroadapplicationprospect.TakingthebladeadjustingmechanismofVVPasthecorecontentofthispaper,thecontentsareasfollows:Firstly，aftertheanalysisandcomparisonofexistingblade

8、adjustingmechanisms,aneweccentric-platep