基于可再生能源的海洋載運(yùn)裝置的設(shè)計(jì)分析（優(yōu)秀含CAD圖紙+設(shè)計(jì)說(shuō)明書）

基于可再生能源的海洋載運(yùn)裝置的設(shè)計(jì)分析（優(yōu)秀含CAD圖紙+設(shè)計(jì)說(shuō)明書）,基于,可再生能源,海洋,載運(yùn),裝置,設(shè)計(jì),分析,優(yōu)秀,優(yōu)良,cad,圖紙,說(shuō)明書,仿單 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 開題報(bào)告 題 目 基于可再生能源的海洋載運(yùn)裝置的設(shè)計(jì)分析 一、選題依據(jù) 課題來(lái)源、選題依據(jù)和背景情況；課題研究目的、學(xué)術(shù)價(jià)值或?qū)嶋H應(yīng)用價(jià)值 人類社會(huì)已經(jīng)步入二十一世紀(jì)的第二個(gè)十年， 作為世界主要能源來(lái)源的煤、石油、天然氣等非可再生資源日漸枯竭,碳排放量過(guò)高所帶來(lái)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(lái)，世界各國(guó)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(yáng)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(guó)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(dòng)能和勢(shì)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(dòng)能和勢(shì)能。波浪的能量與波高的平方、波浪的運(yùn)動(dòng)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(huì)可持續(xù)發(fā)展的寶貴財(cái)富。隨著陸地資源短缺、人口膨脹、環(huán)境惡化等問(wèn)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(cè)大尺度長(zhǎng)時(shí)序的特點(diǎn)以及惡劣的作業(yè)環(huán)境和昂貴的監(jiān)測(cè)成本，迫使人類開發(fā)一套不受能源限制可長(zhǎng)期大范圍作業(yè)，而無(wú)需維護(hù)的低成本自主操作平臺(tái)，以延伸人類了解世界海洋的觸角。目前，海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)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(cái)力，且不易實(shí)現(xiàn)對(duì)惡劣環(huán)境和敏感區(qū)域的調(diào)查。 當(dāng)前， 國(guó)際上出現(xiàn)的波浪動(dòng)力滑翔機(jī)（Wave Glider）就為海洋觀測(cè)技術(shù)提供了創(chuàng)新思路。該平臺(tái)巧妙地利用海洋環(huán)境能源實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)時(shí)間大航程的觀測(cè)作業(yè)，并通過(guò)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(cè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的基礎(chǔ)平臺(tái)首選的監(jiān)測(cè)工具。在國(guó)際海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展的大背景下，我國(guó)的監(jiān)測(cè)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(shí)產(chǎn)權(quán)的波浪動(dòng)力滑翔機(jī)觀測(cè)平臺(tái)的國(guó)內(nèi)新型海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)研究。 本次課題設(shè)計(jì)主要是基于國(guó)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(jì)，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(diǎn)，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(cè)持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，距離更遠(yuǎn)，檢測(cè)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(guó)家的海洋監(jiān)測(cè)和開發(fā)事業(yè)提供更多支持。 二、文獻(xiàn)綜述 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動(dòng)態(tài)；查閱的主要文獻(xiàn) 1. 國(guó)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(wú)需維護(hù)的利用海洋環(huán)境能源的自主運(yùn)動(dòng)平臺(tái)波動(dòng)滑翔機(jī)。2006 年，Liquid Robotics 公司成立并專注于波動(dòng)滑翔機(jī)的研發(fā)生產(chǎn)。 2007 年，波動(dòng)滑翔機(jī)經(jīng)歷了颶風(fēng) Flossie，驗(yàn)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(dòng)滑翔機(jī)在調(diào)查阿拉斯加海岸時(shí)，遇到了 6 m 浪高海況和 25 m/s 風(fēng)速，并可安然無(wú)恙的工作。2008 年12月布放的名叫 Stripes 的波動(dòng)滑翔機(jī)，已經(jīng)累計(jì)海洋作業(yè)600天，航行25000km。名叫 Honu 和 Kohola 的波動(dòng)滑翔機(jī)從夏威夷出發(fā)航行 4 400 km 用時(shí) 79 d 到達(dá)舊金山。名叫 Red Flash 的波動(dòng)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(diǎn)保持作業(yè)。2009 年 4 月，波動(dòng)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(shí)現(xiàn)了50 m 半徑的站點(diǎn)保持，隨后，研究人員對(duì)波浪動(dòng)力滑翔機(jī)與 M2 的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)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(dòng)力滑翔機(jī)獲得了灣流航空公司的價(jià)值 10 萬(wàn)美金的 2011 年度灣流領(lǐng)航獎(jiǎng)。2011 年 11 月，4 個(gè)波動(dòng)滑翔機(jī)從 San Francisco 出發(fā)經(jīng)過(guò) 4 個(gè)月 6 000 km 的航行到達(dá)夏威夷。此后，其中兩個(gè)穿過(guò)赤道向澳大利亞前進(jìn)，另外兩個(gè)跨過(guò)世界上最深的瑪麗亞娜海溝前往日本。在持續(xù) 12個(gè)月的航行后，4 個(gè)波浪動(dòng)力滑翔機(jī)均在 2012 年底到達(dá)目的地，整個(gè)航程總計(jì) 16 600 km。 美國(guó) Liquid Robotics 公司生產(chǎn)的 SV 系列波浪動(dòng)力滑翔機(jī)包括 SV2 和 SV3 兩種，如圖1-1所示，其平臺(tái)基本參數(shù)如表1-1 所示。其中，SV2 是第一臺(tái)交付應(yīng)用的波浪動(dòng)力滑翔機(jī)平臺(tái)，SV3相比于SV2有更大的負(fù)載能力和實(shí)時(shí)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(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 目前，國(guó)家海洋技術(shù)中心已研制出一套波浪動(dòng)力滑翔機(jī)系統(tǒng)，并通過(guò)海試試驗(yàn)驗(yàn)證了該平臺(tái)系統(tǒng)的可行性；國(guó)家海洋技術(shù)中心還研發(fā)了一套波浪動(dòng)力滑翔機(jī)波浪動(dòng)力模擬測(cè)試裝置，在實(shí)驗(yàn)室水池模擬該平臺(tái)在海洋波浪作用下的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，測(cè)試平臺(tái)的波動(dòng)推進(jìn)效率。中國(guó)船舶重工集團(tuán) 710 研究所、中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)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(duì)波浪動(dòng)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(guó)內(nèi)針對(duì)波浪動(dòng)力滑翔機(jī)的研究仍處于起步階段，關(guān)于該平臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或動(dòng)力學(xué)分析相關(guān)的參考文獻(xiàn)資料較少。 3. 實(shí)際發(fā)展現(xiàn)狀 許多政府機(jī)構(gòu)、科研院所、公司或個(gè)人開始跟 Liquid Robotics 公司展開廣泛合作：英國(guó)石油公司 BP 購(gòu)買并應(yīng)用波浪動(dòng)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(tái)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(dòng)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(dòng)力滑翔機(jī)上實(shí)現(xiàn)海洋哺乳類動(dòng)物的長(zhǎng)期跟蹤監(jiān)測(cè)；Teledyne 公司的聲學(xué)多普勒流速測(cè)量?jī)x ADCP 集成在波浪動(dòng)力滑翔機(jī)上面，試驗(yàn)結(jié)果亦十分理想；美國(guó)國(guó)家海洋大氣管理局資助波浪動(dòng)力滑翔機(jī)的大尺度測(cè)試，用以測(cè)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(guó)海軍因波浪動(dòng)力滑翔機(jī)具有隱蔽性和長(zhǎng)期靜音的特點(diǎn)，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?jī)?nèi)部設(shè)置兩個(gè)巨大的屏幕跟蹤著 60 多個(gè)在海洋中航行的波浪動(dòng)力滑翔機(jī)，試圖建立全球海洋環(huán)境觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)。該公司還將波浪動(dòng)力滑翔機(jī)投放到日本東海岸進(jìn)行核輻射監(jiān)測(cè)；另外，還投放到北極溶化冰山附近進(jìn)行海水鹽度的測(cè)量。美國(guó)海軍氣象與海洋司令部利用波浪動(dòng)力滑翔機(jī)測(cè)量全球的大氣和海洋狀況，以協(xié)助艦船和軍隊(duì)完成作戰(zhàn)部署。美國(guó)情報(bào)機(jī)構(gòu)利用波浪動(dòng)力滑翔機(jī)收集大量音頻和視頻文件，并通過(guò)衛(wèi)星將數(shù)據(jù)傳回情報(bào)基地。 Liquid Robotics 公司將帶有側(cè)掃聲納的拖魚掛接在水下?tīng)恳龣C(jī)尾端，以勘探地形地貌，實(shí)驗(yàn)效果良好。波浪動(dòng)力滑翔機(jī)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于勘探海底地形，監(jiān)測(cè)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(guó)科學(xué)家說(shuō)過(guò)，單個(gè)波浪動(dòng)力滑翔機(jī)堪比哈勃太空望遠(yuǎn)鏡窺探宇宙實(shí)現(xiàn)人類對(duì)世界海洋的探索，多個(gè)波浪動(dòng)力滑翔機(jī)堪比人造衛(wèi)星構(gòu)建太空網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)人類對(duì)海洋觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。目前，我國(guó)處于波浪動(dòng)力滑翔機(jī)相關(guān)技術(shù)研究和試驗(yàn)樣機(jī)研制的起步階段，正因?yàn)槿绱?，我們可以預(yù)見(jiàn)其廣闊的應(yīng)用前景和很高的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益。 在對(duì)其進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和動(dòng)力學(xué)分析時(shí)，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(duì)水面母船和水下?tīng)恳龣C(jī)的外型都會(huì)有特殊的結(jié)構(gòu)要求，另外其搭載方式也會(huì)對(duì)平臺(tái)的平臺(tái)運(yùn)動(dòng)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(dòng)力滑翔機(jī)移動(dòng)觀測(cè)平臺(tái)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)開展理論研究，為研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)并能夠?qū)崿F(xiàn)海洋環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)的波浪動(dòng)力滑翔機(jī)工程樣機(jī)奠定基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn) 【1】 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