摘 要

50公斤级微小型航行器具有体积小、携带方便、制造成本低、易于加工等优点，国外广泛应用于军事扫雷、探雷、打击敌军等海战任务，也广泛应用与海底石油管路铺设、沉船打捞搜救、海底探测等民用方向。但是，我国对于微小型水下航行器AUV的应用技术依然不成熟，远远落后于国外先进水平。本文对50公斤级AUV进行了设计以及模型制造，具有重要意义。

本文首先利用建立数学模型的方法以及国内外对于AUV的设计经验确定50公斤级微小型头部线型、尾部线型、航速航深等基本参数，同时利用profili翼型分析软件建立AUV的鳍舵翼型，并分析了迎角与升阻比的关系等。针对AUV对于隐蔽性的要求，本文利用fluent软件分析设计了无轴推进器，降低AUV的噪音。针对微小型水下航行器携带能源小无法执行长期潜伏停驻任务，本文设计了锚链式潜伏AUV，对于结构以及参数进行设计。针对水下航行器向远海远航程发展的趋势，本文设计出多AUV协同编队用充电与数据交换多功能平台。

关键词：50公斤级微小型AUV；无轴；潜伏式AUV；AUV多功能服务平台；模型制作

Abstract

50 kg microminiature sailing apparatus has small volume, convenient to carry, the advantages of low manufacturing cost, easy processing, is widely applied in foreign military demining, detection and hit the enemy naval task, also widely used and submarine oil pipeline laying and search for wreck removal, such as underwater civilian direction. However, the application technology of AUV is still immature in our country, far behind the advanced level of foreign countries. This paper designs and makes the model manufacturing of the 50kg class AUV, which is of great significance.

This paper by using the method of mathematical model is established, and the experience at home and abroad for the design of the AUV determine 50 kg miniature linear head, tail, lines, the basic parameters, such as air speed deep and profili airfoil analysis software is used to establish the AUV fin type rudder and fin, and analyzes the relation between the Angle of attack and lift-to-drag ratio, etc. For the requirement of AUV for concealment, this paper USES fluent software analysis to design the shaft thruster and reduce the noise of AUV. For micro small underwater vehicle carrying small energy cannot execute latent docked task for a long time, this paper designed the chain type latent AUV, design for the structure and parameters. Aiming at the trend of underwater navigators to the distant sea, the paper designs a multi-function platform for the multi-purpose charging and data exchange of AUV.

Key Words：50kg micro AUV; Without shaft; Latent type AUV; AUV service platform; Model making

目 录

第1章绪论 1

1.1研究背景与意义 1

1.2AUV发展概述 2

1.2.1水下航行器分类 2

1.2.2AUV国内外发展现状 2

1.2.3AUV发展趋势以及应用前景 4

1.3总体设计目标 5

第2章AUV外形要素设计 6

2.1AUV基本尺寸的设计 6

2.2AUV头部线型设计 7

2.3AUV尾部线型设计 10

2.4AUV鳍、舵翼型设计 11

2.5推进系统以及能源设计 13

2.5.1AUV无轴推进技术原理 14

2.5.2AUV无轴推进技术理论计算分析 15

第3章AUV的壳体设术 18

3.1壳体结构设计 18

3.1.1壳体材料及结构设计 18

3.1.2壳体设计计算 18

3.2密封结构设计研究 19

3.2.1密封原理 20

3.2.2AUV的密封设计 20

第4章AUV控制模块设计 21

第5章AUV任务模式设计 22

5.1潜伏式AUV设计 22

5.1.1潜伏式AUV航行结构设计 22

5.1.2潜伏AUV锚链的设计 23

5.2多功能AUV服务平台设计 25

第6章AUV模型制作及实验过程 27

6.1AUV以及平台设计过程 27

6.2.1通信模块 34

6.2.2定位模块 30

6.2.3控制模块 31

参考文献 32

致谢 33

第1章绪论

1.1研究背景与意义

随着海洋资源开发利用和海防形势的变化以及海军装备的需求，海洋利用区域不断扩大，并不断向深海、远海延伸，国内外科学工作者开始致力于水下无人航行器技术的研究和应用^[1]。智能水下机器人(AUV)是一种无人无缆的自航潜水载器，它将智能控制技术、软件系统技术、传感器技术、装配标准化技术等技术应用于同一水下载体上，在无人控制下完成预定的任务。可以在无法预知的海洋环境下，自主完成决策和自主路径规划等任务，在民用或者军事上都有无可比拟的优越性。两会期间国家海洋强国战略的提出，海洋的发展上升为国家战略，发展AUV在民用以及军事都有重要的意义。

20世纪80年代末，随着人工智能技术、微电子技术、控制硬件的发展，水下无人航行器技术的研究与应用得到迅速发展。如美国、英国、日本、加拿大、俄罗斯等许多沿海发达国家开展了AUV的技术研究和应用，最著名的研究机构有：美国海军研究生院、英国的海洋技术研究中心、日本东京大学的水下机器人应用实验室、IEEE海洋工程协会等。比较有代表性的有美国康斯伯格公司的Remus系列水下航行器，有Remus-100、Remus-600、Remus-6000等多个型号，Remus-6000是一个高度模块化的航行器，可最大下潜水深为6000米，代表了目前水下机器人的最高水平。2009年，法国447号航班在大西洋近赤道上空失踪，国家调查人员花费了2年时间没有找到黑匣子，2011年首次将Remus-6000应用搜索黑匣子，在不到一周内拍摄到飞机残骸，这次搜寻成功展示了水下机器人在水下搜索的巨大优势和潜力。挪威康斯堡西姆莱德公司研制的Hugin已为8个国家完成3万Km的深测作业^[2]。