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近海小型无人监测船基本设计研究

近海小型无人监测船基本设计研究

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作者：路骄阳大连理工大学

学位级别：硕士

海洋覆盖了地球表面的70%以上,包含了地球上大约90%的生命形式。它们是食物、就业和经济收入的主要来源之一,是仍然未知的生物和矿产资源以及可持续能源的潜在来源。在人类探索和可持续利用海洋所蕴含的资源的过程中,海洋监测技术是一... 详细信息

海洋覆盖了地球表面的70%以上,包含了地球上大约90%的生命形式。它们是食物、就业和经济收入的主要来源之一,是仍然未知的生物和矿产资源以及可持续能源的潜在来源。在人类探索和可持续利用海洋所蕴含的资源的过程中,海洋监测技术是一种必不可少的手段,发展海洋环境监测技术具有重要意义。一般情况下,海洋监测可以通过海洋调查船、卫星、沿岸监测站、海洋浮标等手段来完成。然而上述每种方法都具有一定的局限性。近些年来,随着人工智能技术、控制技术、导航定位技术的飞速发展,小型无人监测船成为了海洋监测领域的一大研究热点。然而近海海洋环境复杂,并且由于自身尺度原因,小型监测船本身极易在波浪中发生较大幅度运动。这给小型无人船的设计带来了极大的困难。此外,目前国内外针对小型无人船的研究大多集中于测控系统,针对船体设计的研究相对较少。为解决这一问题,本文选取应用于海洋监测的近海小型无人船为研究对象,对其进行基本设计,具体工作包括:首先,本文查阅调研了国内现有外无人船产品,举例介绍了几款先进的国内外军用及民用无人船并对无人船相关设计理论的研究现状进行了总结,明确了当前近海小型监测无人船相关研究的不足之处。其次,本文对近海小型无人监测船进行了选型设计。参考国内外现有性能优秀的无人船产品及相关研究成果,从安全性、经济性的角度出发,对船体主尺度参数进行了选取;对几种常见船体设计形式从水动力性能的角度进行了总结与分析,着重对比了运动性能与阻力性能方面的差异。根据得到的结果,选取了性能较为优异的设计作为本文的设计方案;通过查阅规范资料,对传感器和船体材料进行了选型。再次,对小型无人船在波浪中的运动性能进行了详细的分析与研究。通过数值计算的方法计算分析了不同布置方案和片体间距下小型无人船的运动响应情况,得出了了布置参数与片体间距对无人船运动性能的影响;计算了无人船在工作海况与生存海况下以不同航速工作时各个方向上的运动响应情况,并根据不同航速不同浪向下的运动响应结果给出了工作海况和生存海况下的极限航速。最后,本文使用固定排水量的方法得到了无人监测船的静水力曲线和稳性曲线,并从最基本的稳性原理出发对无人船在风浪联和状态下的大倾角稳性进行了校核;使用细长体理论对无人船的阻力性能进行了预测并根据结果选取了各工作状态下的经济航速。

关键词：近海小型无人船海洋监测基本设计数值计算运动响应

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