微型觀光潛艇十字舵系統(tǒng)研究.pdf

1、微型觀光潛艇是一種可將2-3名游客載入水下進(jìn)行旅游觀光的載人潛器。十字舵系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)操縱性和可靠性直接關(guān)系到潛艇的運(yùn)動(dòng)性能。本文根據(jù)十字舵系統(tǒng)需實(shí)現(xiàn)的功能及基本要求,對(duì)微型觀光潛艇十字舵系統(tǒng)的舵裝置及其應(yīng)急傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了研究。
　　 十字舵系統(tǒng)包括方向舵系統(tǒng)和升降舵系統(tǒng),其主要功能是控制微型觀光潛艇在水平面和垂直面的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。十字舵系統(tǒng)的研究主要包括以下內(nèi)容:
　　 首先,在現(xiàn)代潛艇和船舶常用的舵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出其在

2、潛艇內(nèi)部的布局方案,并設(shè)計(jì)了十字舵舵裝置和應(yīng)急傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案。在選定舵型后,運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)對(duì)舵葉水動(dòng)力特性進(jìn)行數(shù)值模擬,通過(guò)NACA0021翼型舵水動(dòng)力系數(shù)的計(jì)算值和試驗(yàn)值對(duì)比驗(yàn)證了計(jì)算模型的正確性,并運(yùn)用相似的計(jì)算模型求得了十字舵舵葉水動(dòng)力系數(shù)的變化趨勢(shì)。通過(guò)對(duì)比正航與倒航時(shí)的舵桿扭矩驗(yàn)證了倒航航速的合理性。其次,根據(jù)求得的方向舵和升降舵舵葉水動(dòng)力系數(shù)值進(jìn)行舵裝置和應(yīng)急傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。應(yīng)用MATLAB對(duì)離散的水動(dòng)力載荷和舵葉攻

3、角進(jìn)行高階函數(shù)擬合,并將函數(shù)作為ADAMS動(dòng)力學(xué)仿真的輸入端,在設(shè)定各運(yùn)動(dòng)副的摩擦及接觸參數(shù)后,通過(guò)仿真計(jì)算求得舵柄與活塞桿柱銷(xiāo)間的接觸力及電機(jī)承受負(fù)載轉(zhuǎn)矩的峰值,驗(yàn)證了應(yīng)急傳動(dòng)系統(tǒng)電機(jī)選擇的合理性。
　　 最后,按最大動(dòng)載荷對(duì)十字舵舵裝置關(guān)鍵部件進(jìn)行了有限元分析,得到了關(guān)鍵部件的應(yīng)力及變形狀況,驗(yàn)證了舵裝置結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度的安全性。同時(shí)以連桿和舵柄的體積作為優(yōu)化目標(biāo),應(yīng)用Hyperworks中的Optistruct模塊對(duì)連桿及舵