溫差能驅動水下滑翔機性能的研究.pdf

1、海洋溫差能具有很大的開發(fā)利用潛力，針對軍事和科研對水下運載器續(xù)航能力的要求，論文研究了溫差能驅動水下滑翔機的性能。論文工作包括兩部分：滑翔機運動過程的分析和溫差能動力系統(tǒng)工作過程的研究。 在運動過程分析中，論文研究了滑翔機的運動機理和航行效率。依據滑翔機受力分析建立的運動方程顯示，外膽宜安裝在滑翔機尾部，使其體積變化引起的機身浮心位移有利于滑翔機俯仰角度的調整。通過能量轉換分析，得出滑翔機航行效率由機翼升阻比和機身航行角決定，

2、航行角在10~40度范圍內，增大機翼升阻比可顯著提高航行效率；并由計算得出，在升阻比一定的情況下，總存在一個使滑翔機航行效率達到最大的航行角度，為樣機工作參數設計提供了理論依據。 溫差能動力系統(tǒng)性能的研究圍繞系統(tǒng)中各部件的工作過程而展開。 論文分析了蓄能器內工作氣體的熱力過程及其對滑翔機航行深度和節(jié)能效果的影響。研究表明，單位鋸齒形航程中，熱力循環(huán)過程包括儲能、保壓、釋能、再保壓，及補能過程。減小儲能、釋能過程偏差和

3、汽缸體積利用率可增大滑翔機航行深度，提高汽缸體積利用率，節(jié)省機艙空間，但限制了航行下限深度，實際設計過程中應權衡。基于氣體熱力過程的能量分析，論文計算了溫差能驅動滑翔機相對電動滑翔機的耗能系數，確定了此類滑翔機具有節(jié)能效果的條件。 為深入了解滑翔機正、負浮力之間的狀態(tài)轉換過程，論文從能量傳遞液體的流動過程出發(fā)，基于流體動力學，建立了系統(tǒng)中各調節(jié)部件體積變化的數學模型，研究表明負浮力系統(tǒng)能自動滿足浮力調節(jié)幅度的要求，正浮力系統(tǒng)則

4、要求充氣壓力大于或等于航行下限深度壓力。論文利用Simulink軟件動態(tài)模擬調節(jié)過程，仿真結果對三通閥閉合動作的控制和閥口開啟度的優(yōu)化具有指導意義，使浮力系統(tǒng)符合預設的標準。 論文重點研究了相變裝置的傳熱特性，基于焓法模型能量方程，數值模擬了感溫工質的相變過程。模擬結果表明，由于液相工質對流效應的存在，固液相變速度遠大于液固相變速度，裝置采用多根細長圓管可顯著提高相變效率。通過程序計算工質在航程中的相態(tài)，論文揭示了動力系統(tǒng)中所

5、有閥門的控制時序規(guī)律，保證系統(tǒng)具有循環(huán)工作特性。同時根據工質液相和固相的保持時間，確定了滑翔機的臨界航程范圍，使工質能獲得足夠的溫差能，實現既定的體積變化量。 本文還設計了一種針對水下滑翔機試驗用的熱泵裝置型海洋溫躍層模擬系統(tǒng)，并構建了實際試驗臺架，為滑翔機的水下試驗奠定了基礎。 論文通過數值模擬和動態(tài)仿真，確定了影響滑翔機工作特性的關鍵因素，掌握了溫差能動力系統(tǒng)的控制規(guī)律。為樣機的實際設計、控制提供決策方向，使系統(tǒng)