基于可再生能源的海洋載運(yùn)裝置的設(shè)計分析（優(yōu)秀含CAD圖紙+設(shè)計說明書）

基于可再生能源的海洋載運(yùn)裝置的設(shè)計分析（優(yōu)秀含CAD圖紙+設(shè)計說明書）,基于,可再生能源,海洋,載運(yùn),裝置,設(shè)計,分析,優(yōu)秀,優(yōu)良,cad,圖紙,說明書,仿單 本科畢業(yè)設(shè)計 開題報告 題 目 基于可再生能源的海洋載運(yùn)裝置的設(shè)計分析 一、選題依據(jù) 課題來源、選題依據(jù)和背景情況；課題研究目的、學(xué)術(shù)價值或?qū)嶋H應(yīng)用價值 人類社會已經(jīng)步入二十一世紀(jì)的第二個十年， 作為世界主要能源來源的煤、石油、天然氣等非可再生資源日漸枯竭,碳排放量過高所帶來的溫室效應(yīng)以及生態(tài)環(huán)境破壞所產(chǎn)生的負(fù)面影響日漸嚴(yán)重。近年來，世界各國都在大力進(jìn)行著清潔可再生能源的開發(fā)與利用工作，由太陽能、風(fēng)能、海洋能、生物能、地?zé)崮芗捌渌稍偕茉唇M成的新能源的開發(fā)利用已成為當(dāng)今世界各國重大研究課題。海洋能是海洋中蘊(yùn)藏的可再生自然能源的總稱,它包括潮汐能、波浪能、海流能、溫差能和鹽差能等。 波浪能作為海洋能的一種,是指海洋表面波浪所具有的動能和勢能。它是海洋中蘊(yùn)藏最為豐富的能源之一,也是海洋能利用研究中近期研究得較多的能源之一。波浪能是指海洋表面波浪所具有的動能和勢能。波浪的能量與波高的平方、波浪的運(yùn)動周期以及迎波面的寬度成正比。波浪能是海洋能中最不穩(wěn)定的一種能源 , 但其品味最高、分布最廣且能流密度大。 海洋是全球生命支持系統(tǒng)的重要組成部分，也是人類社會可持續(xù)發(fā)展的寶貴財富。隨著陸地資源短缺、人口膨脹、環(huán)境惡化等問題的日益嚴(yán)峻，人類將目光轉(zhuǎn)向了占地球表面 71%的海洋。然而，海洋觀測大尺度長時序的特點以及惡劣的作業(yè)環(huán)境和昂貴的監(jiān)測成本，迫使人類開發(fā)一套不受能源限制可長期大范圍作業(yè)，而無需維護(hù)的低成本自主操作平臺，以延伸人類了解世界海洋的觸角。目前，海洋環(huán)境監(jiān)測主要包括調(diào)查船、浮標(biāo)、潛標(biāo)、海床基、漂流浮標(biāo)以及航空遙感等。其中，傳統(tǒng)的調(diào)查方式需消耗大量人力、物力和財力，且不易實現(xiàn)對惡劣環(huán)境和敏感區(qū)域的調(diào)查。 當(dāng)前， 國際上出現(xiàn)的波浪動力滑翔機(jī)（Wave Glider）就為海洋觀測技術(shù)提供了創(chuàng)新思路。該平臺巧妙地利用海洋環(huán)境能源實現(xiàn)了長時間大航程的觀測作業(yè)，并通過衛(wèi)星與監(jiān)控基站之間進(jìn)行指令和數(shù)據(jù)交換，而且總體制造成本較低，有著廣闊的發(fā)展前景。目前，該技術(shù)已經(jīng)成為海洋觀測網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的基礎(chǔ)平臺首選的監(jiān)測工具。在國際海洋環(huán)境監(jiān)測技術(shù)發(fā)展的大背景下，我國的監(jiān)測技術(shù)亟待提高，為此，我們采取引進(jìn)、消化、吸收和再創(chuàng)新的研發(fā)路線，開展具有自主知識產(chǎn)權(quán)的波浪動力滑翔機(jī)觀測平臺的國內(nèi)新型海洋監(jiān)測技術(shù)研究。 本次課題設(shè)計主要是基于國內(nèi)外已有的波浪滑翔機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和設(shè)計，改善目前的滑翔機(jī)存在的效率低，姿態(tài)調(diào)整困難等缺點，使其能夠更加適應(yīng)各種惡劣的海上和水中環(huán)境，在節(jié)約能源的基礎(chǔ)上使得海洋監(jiān)測持續(xù)時間更長，距離更遠(yuǎn)，檢測環(huán)境更復(fù)雜，以便于提取更多海洋中的水文數(shù)據(jù)，為我們國家的海洋監(jiān)測和開發(fā)事業(yè)提供更多支持。 二、文獻(xiàn)綜述 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài)；查閱的主要文獻(xiàn) 1. 國外研究現(xiàn)狀 2005 年，Roger Hine和 Joseph D Rizzi 為跟蹤考察駝背鯨的生活規(guī)律而發(fā)明了在海上工作數(shù)月而無需維護(hù)的利用海洋環(huán)境能源的自主運(yùn)動平臺波動滑翔機(jī)。2006 年，Liquid Robotics 公司成立并專注于波動滑翔機(jī)的研發(fā)生產(chǎn)。 2007 年，波動滑翔機(jī)經(jīng)歷了颶風(fēng) Flossie，驗證了其可抵御 3 m 浪高海況和 20 m/s 風(fēng)速的惡劣海況的能力。隨后，波動滑翔機(jī)在調(diào)查阿拉斯加海岸時，遇到了 6 m 浪高海況和 25 m/s 風(fēng)速，并可安然無恙的工作。2008 年12月布放的名叫 Stripes 的波動滑翔機(jī)，已經(jīng)累計海洋作業(yè)600天，航行25000km。名叫 Honu 和 Kohola 的波動滑翔機(jī)從夏威夷出發(fā)航行 4 400 km 用時 79 d 到達(dá)舊金山。名叫 Red Flash 的波動滑翔機(jī)從墨西哥出發(fā)到達(dá)阿拉斯加，途中在 25 m/s 風(fēng)速和 6 m 浪高的海況下完成了站點保持作業(yè)。2009 年 4 月，波動滑翔機(jī)在Monterey Bay海洋生物研究所布放的深海錨系浮標(biāo) M2 附近實現(xiàn)了50 m 半徑的站點保持，隨后，研究人員對波浪動力滑翔機(jī)與 M2 的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比，除了溫度有所差別之外其他數(shù)據(jù)吻合較好。 2011 年 9 月，Savannah Ocean Exchange 宣布Liquid Robotics 的波浪動力滑翔機(jī)獲得了灣流航空公司的價值 10 萬美金的 2011 年度灣流領(lǐng)航獎。2011 年 11 月，4 個波動滑翔機(jī)從 San Francisco 出發(fā)經(jīng)過 4 個月 6 000 km 的航行到達(dá)夏威夷。此后，其中兩個穿過赤道向澳大利亞前進(jìn)，另外兩個跨過世界上最深的瑪麗亞娜海溝前往日本。在持續(xù) 12個月的航行后，4 個波浪動力滑翔機(jī)均在 2012 年底到達(dá)目的地，整個航程總計 16 600 km。 美國 Liquid Robotics 公司生產(chǎn)的 SV 系列波浪動力滑翔機(jī)包括 SV2 和 SV3 兩種，如圖1-1所示，其平臺基本參數(shù)如表1-1 所示。其中，SV2 是第一臺交付應(yīng)用的波浪動力滑翔機(jī)平臺，SV3相比于SV2有更大的負(fù)載能力和實時數(shù)據(jù)采集、處理的能力。 圖1-1 波浪滑翔機(jī)SV2（左）和SV3（右） 表1-1 SV系列滑翔機(jī)相關(guān)參數(shù) 2. 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 目前，國家海洋技術(shù)中心已研制出一套波浪動力滑翔機(jī)系統(tǒng)，并通過海試試驗驗證了該平臺系統(tǒng)的可行性；國家海洋技術(shù)中心還研發(fā)了一套波浪動力滑翔機(jī)波浪動力模擬測試裝置，在實驗室水池模擬該平臺在海洋波浪作用下的運(yùn)動狀態(tài)，測試平臺的波動推進(jìn)效率。中國船舶重工集團(tuán) 710 研究所、中國科學(xué)院沈陽自動化研究所、哈爾濱工程大學(xué)、中電科技集團(tuán)第三十六研究所、上海交通大學(xué)對波浪動力滑翔機(jī)的研究都處于原理樣機(jī)的試制階段。至今為止，國內(nèi)針對波浪動力滑翔機(jī)的研究仍處于起步階段，關(guān)于該平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計或動力學(xué)分析相關(guān)的參考文獻(xiàn)資料較少。 3. 實際發(fā)展現(xiàn)狀 許多政府機(jī)構(gòu)、科研院所、公司或個人開始跟 Liquid Robotics 公司展開廣泛合作：英國石油公司 BP 購買并應(yīng)用波浪動力滑翔機(jī)在蒙特利爾灣進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)控，以防止鉆井平臺海上泄油事件再次發(fā)生；蒙特利爾海洋生物研究所利用波浪動力滑翔機(jī)在加州海岸記錄監(jiān)視藻花；Scripps 海洋研究所將高頻聲學(xué)記錄包(HARP)安裝在波浪動力滑翔機(jī)上實現(xiàn)海洋哺乳類動物的長期跟蹤監(jiān)測；Teledyne 公司的聲學(xué)多普勒流速測量儀 ADCP 集成在波浪動力滑翔機(jī)上面，試驗結(jié)果亦十分理想；美國國家海洋大氣管理局資助波浪動力滑翔機(jī)的大尺度測試，用以測定海洋中因石油燃燒產(chǎn)生的二氧化碳和溫室氣體含量的增加程度。 美國海軍因波浪動力滑翔機(jī)具有隱蔽性和長期靜音的特點，將其用于巡邏海岸，偵察敵方艦船以及跟蹤索馬里海盜。Liquid Robotics 公司總部內(nèi)部設(shè)置兩個巨大的屏幕跟蹤著 60 多個在海洋中航行的波浪動力滑翔機(jī)，試圖建立全球海洋環(huán)境觀測網(wǎng)絡(luò)。該公司還將波浪動力滑翔機(jī)投放到日本東海岸進(jìn)行核輻射監(jiān)測；另外，還投放到北極溶化冰山附近進(jìn)行海水鹽度的測量。美國海軍氣象與海洋司令部利用波浪動力滑翔機(jī)測量全球的大氣和海洋狀況，以協(xié)助艦船和軍隊完成作戰(zhàn)部署。美國情報機(jī)構(gòu)利用波浪動力滑翔機(jī)收集大量音頻和視頻文件，并通過衛(wèi)星將數(shù)據(jù)傳回情報基地。 Liquid Robotics 公司將帶有側(cè)掃聲納的拖魚掛接在水下牽引機(jī)尾端，以勘探地形地貌，實驗效果良好。波浪動力滑翔機(jī)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于勘探海底地形，監(jiān)測海岸污染，巡航海洋保護(hù)區(qū)，改善漁業(yè)生產(chǎn)狀況等。美國科學(xué)家說過，單個波浪動力滑翔機(jī)堪比哈勃太空望遠(yuǎn)鏡窺探宇宙實現(xiàn)人類對世界海洋的探索，多個波浪動力滑翔機(jī)堪比人造衛(wèi)星構(gòu)建太空網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)人類對海洋觀測網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。目前，我國處于波浪動力滑翔機(jī)相關(guān)技術(shù)研究和試驗樣機(jī)研制的起步階段，正因為如此，我們可以預(yù)見其廣闊的應(yīng)用前景和很高的社會價值和經(jīng)濟(jì)效益。 在對其進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計和動力學(xué)分析時，需考慮各種傳感器的搭載方式、需要預(yù)留的空間尺寸和搭載重量等，因此對水面母船和水下牽引機(jī)的外型都會有特殊的結(jié)構(gòu)要求，另外其搭載方式也會對平臺的平臺運(yùn)動性能和波浪推進(jìn)效率起到一定的影響。 本論文基于波浪動力滑翔機(jī)移動觀測平臺的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)開展理論研究，為研制出具有自主知識產(chǎn)權(quán)并能夠?qū)崿F(xiàn)海洋環(huán)境參數(shù)監(jiān)測的波浪動力滑翔機(jī)工程樣機(jī)奠定基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn) 【1】 楊燕，張森，史健，等．波浪動力滑翔機(jī)海洋環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)[J]．海洋技術(shù)學(xué)報，2014，32（1）：109-114． 【2】 孫秀軍．混合驅(qū)動水下滑翔器動力學(xué)建模及運(yùn)動控制研究[D]．天津：天津大學(xué)，2011． 【3】 Tougher B.. 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