半埋雷打捞装置关键技术研究

论文摘要

半埋雷打捞装置是针对插入水底中鱼雷的打捞回收而开展的研究项目。主要任务是研制一种能清除鱼雷体周围泥土并能将鱼雷可靠回收出水面的装置。半埋雷打捞装置由捞雷潜器机械手携带放入到鱼雷体上，打捞装置本体先打开夹住鱼雷，本体自锁后，通过导向罩进入鱼雷体，由潜器通知水面母船，水面母船上的捞雷控制器开始控制打捞装置作业。原中国船舶工业总公司92年下达的船总计(92)1934号文件“关于下达750试验场《Ⅱ型深潜器》设计任务书的通知”，其中包括半埋雷打捞与全埋雷探测的研制任务。依据该文件的精神半埋雷捞雷装置的研制任务由哈尔滨工程大学(原哈尔滨船舶工程学院)承担，并签定了“半埋雷捞雷装置研制合同”。新课题改进方案的主要研究内容为：半埋雷打捞新装置的机械本体及其优化、水射流切割泥土机理分析、驱动系统等关键技术，并进行实验研究，验证理论。介绍了鱼雷打捞及相关技术领域的国内外发展概况，阐述了半埋雷打捞装置的国内外研究和发展情况。通过对已有半埋雷打捞装置的了解、分析，提出了半埋雷打捞新装置的研究内容。根据对半埋雷打捞装置的要求和装置应具备的功能，对半埋雷打捞装置的机械本体进行了设计。设计了由本体开合机构、爬行进给机构、喷嘴摆动机构和夹紧机构等组成的半埋雷打捞装置的本体结构。确定了爬行进给机构的夹紧爪的夹紧力，对夹紧爪和雷体接触部分的外轮廓线进行优化，确保雷体均匀承载，避免鱼雷体的破坏。为了使水射流能够有效切割鱼雷体周围泥土，介绍了水射流冲击的基础理论。在水射流流场数值模拟的基础上，对淹没中心喷嘴冲击射流流场的特性和压力分布规律进行了研究。确定了水射流切削亚粘土的射流压力，以及将切削下的粘土形成的泥浆带走所需的流体流量。并在此基础上计算了水射流系统的功率和水射流的反冲力。设计了半埋雷打捞装置液压控制系统，确定了液压系统动力源的主要参数。进行了喷嘴摆动机构液压伺服系统的方案研究，通过对喷嘴摆动机构各部分控制模型的分析，建立了整体控制模型。并对其主要性能进行了仿真分析、校正。搭建水射流切削实验系统，研究了在不同水射流压力、喷嘴直径、喷嘴摆动速度下，水射流切割泥土的性能。利用线性回归方法，确定了水射流切割泥土的各参数的相互关系。新型打捞装置的研制，将使鱼雷的回收工作前进一步，同时也节约了大量经费。同时，鱼雷有许多燃料是有毒的，如果鱼雷长期埋在水底对湖底会造成环境污染，使周围生态平衡遭到破坏，具有一定的社会效益。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的来源、目的和意义
• 1.2 国内外相关领域研究现状、水平及发展方向
• 1.2.1 鱼雷打捞装置的国内外研究现状
• 1.2.2 水射流国内外研究现状
• 1.2.3 载人潜器国内外研究现状
• 1.3 论文研究的主要内容
• 第2章 半埋雷打捞装置结构研究
• 2.1 半埋雷打捞方案及工作原理
• 2.2 捞雷具机械本体
• 2.2.1 捞雷具总体装配图
• 2.2.2 喷嘴摆动机构
• 2.2.3 捞雷具锁紧机构
• 2.2.4 爬行进给机构
• 2.2.5 捞雷具本体开合机构
• 2.3 捞雷具夹紧进给机构液压缸设计
• 2.3.1 活塞杆网格及结构优化模型
• 2.3.2 缸体网格及结构优化模型
• 2.3.3 优化设计结果
• 2.4 鱼雷壳体承载能力研究
• 2.4.1 鱼雷壳体的强度计算
• 2.4.2 鱼雷壳体的稳定性计算
• 2.4.3 有限元法计算
• 2.5 捞雷具夹紧爪结构设计
• 2.5.1 捞雷具夹紧爪的尺寸优化
• 2.5.2 基于接触的捞雷具夹紧爪接触面形状优化
• 2.6 本章小结
• 第3章 基于射流理论的流场数值模拟研究
• 3.1 水射流理论
• 3.1.1 平面淹没自由射流计算
• 3.1.2 平面淹没冲击射流
• 3.2 淹没射流的数值模拟
• 3.2.1 湍流数值模拟的方法
• 3.2.2 k-ε双方程模型
• 3.2.3 网格及边界条件
• 3.2.4 计算结果分析
• 3.3 土壤强度理论及水射流破土临界压力的确定
• 3.3.1 土体中任一点的应力状态
• 3.3.2 土的抗剪强度
• 3.3.3 水射流破土机理分析
• 3.3.4 水射流破土临界压力的确定
• 3.4 捞雷具水射流流量的确定
• 3.5 电机功率及射流反冲力的确定
• 3.6 本章小结
• 第4章 半埋雷打捞装置液压控制系统
• 4.1 半埋雷打捞装置液压系统的工作原理
• 4.2 电液伺服控制系统
• 4.2.1 电液伺服系统的组成和分类
• 4.2.2 阀控伺服系统分析
• 4.3 系统传递函数的计算
• 4.4 阀控马达速度控制系统频率特性分析
• 4.5 阀控马达系统 PID 校正
• 4.5.1 PID 控制原理
• 4.5.2 PID 控制器的设计
• 4.5.3 PID 控制器参数的整定
• 4.6 本章小结
• 第5章 半埋雷打捞装置水射流冲击实验研究
• 5.1 水射流破土实验装置
• 5.2 水射流切削泥土实验
• 5.2.1 喷嘴不动，参数变化对射流切削泥土性能的影响
• 5.2.2 喷嘴移动，参数变化对射流切削泥土性能的影响
• 5.3 实验数据分析
• 5.3.1 水射流压力对切割泥土性能的影响
• 5.3.2 喷嘴摆动速度对水射流切割泥土性能的影响
• 5.3.3 喷嘴直径对水射流切割泥土性能的影响
• 5.3.4 水射流切割泥土经验公式建立
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的论文和科研成果
• 致谢