波浪能驱动的机动浮标的动态分析与设计

【摘要】：在各类立体海洋观测系统中，浮标系统是重要的海洋环境观测装备，具有在恶劣的海洋环境下，长时间全天候、连续、自动地对海洋气象、水文环境进行观测等优点，是海洋观测岸基站、调查船和调查飞机在空间和时间上的拓展，具有其他调查方法无法替代的优点，在海洋观测中发挥着巨大的作用。但是浮标布放之后只能在固定站位开展观测，得到站位附近的海洋观测要素，重新定位布放需要船只、人员大量消耗。建立自主控制的移动海洋监测平台是海洋学家深入研究海洋环境的迫切需求，最近国外研究机构和学者提出了机动海洋浮标的概念。世界上先进的海洋国家都十分重视海洋自动监测技术的研究和自动监测平台的应用，国内外现有的海上移动平台包括ROV、AUV以及其他特殊海上平台。 本文参考现存的AUV、ROV及海洋移动平台的推进方式和波浪能利用装置，分析波浪中质点的运动随海水深度衰减的规律，依据波浪的运动理论设计波浪能转换装置和波浪能推进机构。根据设计的波浪能推进机构，建立推进装置的运动学模型，并对其推进原理和推进效率进行水动力分析。根据波浪能推进机构的原理设计波浪能推进系统，制作机动浮标样机并设计样机的控制系统，实现对样机的无线远程控制和样机上实验数据的反馈。根据波浪能水翼推进机构原理设计相应的试验装置，进行相关试验测试水翼旋转极限角度对机构推进效果的影响，找到最优翼片旋转极限角度。针对制作的机动浮标样机，设计相应的海上试验，验证波浪能驱动机构的驱动效果。 【关键词】：波浪能 机动浮标 水翼推进 动力学
【学位授予单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：P715.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1．绪论9-16
• 1.1 引言9-10
• 1.2 国内外研究现状10-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-16
• 2. 波浪能推进装置机构设计16-27
• 2.1 波浪能16-17
• 2.2 波浪能转换17-21
• 2.2.1 波浪能-动能转换18-19
• 2.2.2 波浪能-势能转换19-20
• 2.2.3 波浪能-其他介质能转换20-21
• 2.3 波浪能推进机构原理21-25
• 2.3.1 波浪运动规律21-22
• 2.3.2 水翼推进22-24
• 2.3.3 波浪能推进机构原理24-25
• 2.4 波浪能推进机构设计25-27
• 3. 波浪能推进系统的运动学模型27-38
• 3.1 建立运动学模型的意义27
• 3.2 运动学分析27-31
• 3.2.1 坐标系设定27-28
• 3.2.2 刚体运动28-29
• 3.2.3 坐标变换29-31
• 3.3 动力学分析31-38
• 3.3.1 标准六自由度模型31-32
• 3.3.2 波浪能利用系统动力学分析32
• 3.3.3 惯性力矩32-33
• 3.3.4 科氏力和向心力矩阵33-34
• 3.3.5 阻尼矩阵34-35
• 3.3.6 重力和重力矩矢量35-36
• 3.3.7 控制向量36
• 3.3.8 水下推进装置模型36-37
• 3.3.9 简化模型37-38
• 4. 推进装置翼片转角分析38-43
• 4.1 建立简化模型38-39
• 4.2 翼片转角分析39-43
• 5．波浪能驱动机构试验43-55
• 5.1 实验室水池试验43-51
• 5.1.1 试验模型设计制作43-44
• 5.1.2 试验布置44-45
• 5.1.3 模拟试验45-49
• 5.1.4 数据处理49-51
• 5.2 近海实体试验51-55
• 5.2.1 实体模型设计与制作51-54
• 5.2.2 近海试验54-55
• 6. 结论与展望55-57
• 6.1 本文总结55
• 6.2 工作展望55-57
• 参考文献57-60
• 致谢60-61
• 个人简历61
• 在学期间发表的学术论文与研究成果61-62

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