小型三栖艇概念设计(附件)
三栖艇是一种既能翱翔于蓝天，具备飞机的快速性，又能遨游在海底，具备潜艇的隐蔽性的一种新型航行器。三栖艇这一概念在二次世界大战中就被提出过，但受到当时技术发展以及研究条件的限制，这一项目的研究被迫中断而没有继续进行下去。近年来，随着相关技术的不断进步以及三栖艇本身所具有的优势符合当今发展的需要这一特点，三栖艇这一概念又被重新提上了日程。本文三栖艇的设计思路是对现有的水空两栖装置进行改装从而使其具有三栖功能。外形设计是通过考虑不同航态下阻力优化的重要程度而进行的；通过采用两套动力系统来解决水下和空中动力矛盾的问题；另外根据需要进行了设备的选取和材料的确定，最后确定了重心的纵向位置和总布置方案。本文通过粘性流体软件FIN/Marine分析了三栖艇在不同航态下的阻力性能。对空中飞行阻力的研究确定了三栖艇在空中的设计航速；对水下航行时阻力的研究确定了水下航行时的设计航速；对水面航行时的阻力研究确定了水面航行时的设计航速；因此通过对阻力性能的分析，本文确定了三栖艇在三种航态下的最佳航速。本文在最后还分析了三栖艇水面航行时的耐波性。通过比较不同重心高度下三栖艇的耐波性确定了三栖艇的最佳重心高度。 关键词: 小型三栖艇； 概念设计； 阻力分析
Keywords: small amphibious craft; conceptual design; resistance analysis 目录
第一章 绪论 1
1.1 背景与意义 1
1.2 国内外发展现状 2
1.3 存在的问题 4
1.4 主要研究内容 5
第二章 三栖艇总体设计 7
2.1 总体方案选择 7
2.2 动力系统与外形的设计 8
2.2.1三栖艇主体外形的设计 8
2.2.2机翼的设计 10
2.2.3动力系统的设计 11
2.3 总布置设计 11
2.3.1 选取设备 11
2.3.2 确定材料 13
2.3.3 确定重心纵向位置 13
2.3.4 总布置方案 14
第三章 三栖艇阻力性能分析 16
3.1 船舶与海洋工程专业仿真平台FINE/Marine style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
Keywords: small amphibious craft; conceptual design; resistance analysis 目录
第一章 绪论 1
1.1 背景与意义 1
1.2 国内外发展现状 2
1.3 存在的问题 4
1.4 主要研究内容 5
第二章 三栖艇总体设计 7
2.1 总体方案选择 7
2.2 动力系统与外形的设计 8
2.2.1三栖艇主体外形的设计 8
2.2.2机翼的设计 10
2.2.3动力系统的设计 11
2.3 总布置设计 11
2.3.1 选取设备 11
2.3.2 确定材料 13
2.3.3 确定重心纵向位置 13
2.3.4 总布置方案 14
第三章 三栖艇阻力性能分析 16
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*好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
简介 16
3.1.1 NUMECA 国际公司 16
3.1.2 全六面非结构网格 17
3.1.3 HEXPRESS快速、高自动化的网格生成 17
3.2模拟方法的验证 18
3.3空中飞行阻力 20
3.4水下航行时的阻力 23
3.5 水面航行时的阻力 26
第四章 水面航行耐波性分析 27
4.1 水动力分析软件HydorSTAR简介 27
4.2 三栖艇主尺度 28
4.3 耐波性数值分析 29
结论 33
致谢 34
参考文献 35
第一章 绪论
1.1 背景与意义
无人潜艇是一种海中军事武器，实际上就是在海中作业的机器人。作为一种水下尖端武器日益受到世界各国的青睐，当前无人艇在军事领域的应用越来越广，使命范围已扩展到情报搜集、侦查和监视、水雷战、反潜战、力量保护、港口安全、精确打击、海上拦截和封锁、特种作战支持等[1]。
未来无人潜艇具有以下特点：在潜水母艇或者水上战舰等平台上可自如地进行施放和回收；在危险度很高而且环境状况随时变化的浅海，可以长时间、自主地进行隐秘性工作；为了执行反潜战、搜索目标和收集海洋战术数据以及侦察鱼雷等任务，具备搭载所需传感器的能力；拥有与战斗群有效实施通信的能力等。
目前无人潜艇越来越受到各军事强国的重视，现代战争也越来越重视高精确、小损失和大科技的理念，发展无人潜艇正符合了这种理念，也从一个侧面反映了主要军事强国对海洋的重视。但是现有的无人艇大多是无人水面艇或者无人潜艇，如何才能很好的适应复杂多变的战场环境，始终是个难点。
未来战场将呈现“一体”、“联合”、“全维”等特点[2]。三栖艇是一种既能在天上飞，又能在水下行的新型航空航海器。它集合了飞机的快速性与潜艇的隐蔽性于一身，相比单栖无人艇，具有隐蔽性好、机动性高、环境适应能力强的特点[34]。三栖艇与水面舰艇或潜艇搭配，可以承担侦察、监视、目标定位和电子对抗等作战任务，从而使水面舰艇或潜艇的侦察半径和综合作战能力大大增强[5]。
本文主要是开展既能在水下潜行，又能在水面航行，还能在空中飞行[6]的三栖艇概念设计及关键性能分析。
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图1.1 无人潜艇
1.2 国内外发展现状
国外的两栖无人装备技术已达到比较成熟的阶段，Curry N S对飞机起落架的设计的规则与原理作了详细介绍[7]，VaugHan JC Earl T D早在十几年前对多任务两栖飞机概念作了详细的介绍[8]，2006年Lernbeiss R Pochl M等又对考虑了减震器弹性作用的起落架模型进行模拟[9]，2005年Prashant D Khapane在SIMPACK使用柔性多体动力学仿真方法对轮子的不稳定性进行研究[10]。就无人水下两栖装备，许多国外学者也已对其整体系统及发展蓝图作了详细介绍[1115]。
目前与三栖艇概念相似的是一种称之为潜水无人机的装备，其研究还处于不完全的潜水无人机即潜射无人机阶段。潜射无人机只有在发射阶段是在水下潜行的，将其装载在潜艇上可以用于侦察、监视、通信中继、目标定位、战果评估、电子对抗、诱饵、攻击等作战任务。虽然潜射无人机目前只是处于初期的研制、论证和试验阶段，并没有成熟的运用于战场发挥其作用，但它的发展情况和前景很受各国相关部门关注。美国先后研制了海上搜索者、鸬鹚、海上哨兵三型潜射无人机[1617]。
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图1.2 鸬鹚潜射无人机
目前比较热门的“弹簧折刀”无人机是美国国防高级研究计划局（DARPA）与雷神公司合作开发的新型潜射无人机[18]。
其实，三栖艇这一概念早在第二次世界大战时就被提出过。1934年苏联军官学校的学生曾设计出一种飞行潜艇，但是当时受到材料等技术方面的约束而放弃了继续研究。
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图1.3 苏联军官学校学生设计的飞行潜艇模型（左）及想象图（右）
美国人里德于1958年提出一种会飞行的潜艇并对它的总体结构形式进行设计，如图1.4所示，它有一对可以折叠的机翼。1962年康维尔也设计了一种可以潜水的飞机，如图1.5所示。但都因技术和材料等各方面的原因而没有最终实现。
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图1.4 里德设计的飞行潜艇
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图1.5 康维尔设计的潜水飞机
2008年10月，美国先期研究计划局（DARPA）提出了一项未来的科学技术项目，探索一种混合飞行平台，该平台融合了飞机的速度和航程，水面舰艇的巡弋能力，以及潜艇的隐身能力。12月，DARPA 在该机构网站上对这种“潜水飞机”进行了详细描述。从概念上来讲，DARPA认为这是一种会潜水的飞机，而不是会飞行的潜艇，可以在潜水区域下潜短暂的一段时间[19]。据英国《每日电讯》报2010年7月6日报道，美国正在开发一种新概念武器，它贴着水面飞行，在快接近目标时钻入水中，之后以潜航模式悄悄占领攻击位置，实施打击后冲出水面迅速飞走[20]。
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