Trang 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI------ NGUYỄN VĂN NHU TÍNH TỐN, THIẾT KẾ VÀ KHẢO SÁT HỆ THỐNG ỔN ĐỊNH VÀ ĐIỀU KHIỂN CỦA ROBOT LẶN.. Trang 2 BỘ GIÁO DỤC VÀ
NGUYỄN VĂN NHU BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - - NGUYỄN VĂN NHU TÍNH TỐN, THIẾT KẾ VÀ KHẢO SÁT HỆ THỐNG ỔN ĐỊNH VÀ ĐIỀU KHIỂN CỦA ROBOT LẶN CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC KHĨA – 2011B Hà Nội - 2014 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131974451000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - - NGUYỄN VĂN NHU TÍNH TỐN, THIẾT KẾ VÀ KHẢO SÁT HỆ THỐNG ỔN ĐỊNH VÀ ĐIỀU KHIỂN CỦA ROBOT LẶN Chuyên ngành: kỹ thuật khí động lực LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS LÊ QUANG Hà Nội – Năm 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình khác TÁC GIẢ LUẬN VĂN HV Nguyễn Văn Nhu MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG :TỔNG QUAN VỀ ROBOT LẶN 1.1 Tổng quan robot lặn 1.1.1 Khái niệ m robot lặn 1.1.2 Sự phát triển robot lặn .8 1.2 Các vấn đề k ỹ thuật nghiên cứu robot lặn .13 1.3 Đề xuất nguyên lý hoạt động robot lặn 14 1.4 Vấn đề nghiên cứu luận văn 15 CHƢƠNG ĐỘNG LỰC HỌC VÀ MƠ HÌNH TÍNH TOÁN C ỦA ROBOT LẶN 16 2.1 Động lƣợng – momen động lƣợng động vật rắn .16 2.1.1 Động lƣợng vật rắn 17 2.1.2 Ma trận momen quán tinh khối vật rắ n 17 2.1.3 Momen động lƣợng vật rắn đối v ới tâm O thuộc vật 19 2.1.4 Động vật rắn 21 2.2 Thiết lập phƣơng trình động lực học vật rắn 23 2.2.1 Áp dụng định lý biến thiên động lƣợng momen động lƣợng 23 2.2.2 Áp dụng định lý biến thiên động .24 2.2.3 Biểu diễn ng ma trận phƣơng trình vi phân chuyển động c vật rắn 30 2.2.4 Tính lực tác dụng lên Robot lặn 32 2.2.5 Phƣơng trình chuyển động robot lặn 35 2.2.6 Các trƣờng hợ p riêng 37 CHƢƠNG TUYẾ N HÌNH, BỐ TRÍ CHUNG, ĐƢỜNG CONG THỦY LỰC VÀ BONJEAN .39 3.1 Một số nguyên tắc chung xây d ựng tuyến hình robot l ặn .39 3.2 Tuyến hình robot l ặn thơng số bố trí chung 40 3.3 Đƣờng cong thủ y lực, đƣờng cong Boonjean ổn định 43 3.4 phƣơng trình chuyển động robot lặ n 48 3.4.1 Khi robot chuyển động ngang nƣớc .48 3.4.2 Khi robot mu ốn di chuyển lên 49 CHƢƠNG ỨNG DỤNG CFD KHẢO SÁT SƠ BỘ BIÊN D ẠNG ROBOT LẶN 50 4.1 Mô số động lực học dòng chả y .50 4.1.1 Khái niệ m CFD 50 4.1.2 Ƣu nhƣợc điể m CFD .51 Hạn chế 51 4.1.3 Các lĩnh vực áp d ụng CFD 52 4.1.4 Các bƣớc mơ tính tốn phần mềm Fluent 52 4.2 Ứng dụng mô ph ỏng tính tốn khảo sát biên dạng robot lặn 54 4.2.1 Mơ hình hình h ọc chia lƣới 54 4.2.2 Phƣơng pháp tính tốn điều kiện biên 56 4.2.3 Điều kiện biên 58 4.2.4 Kết mô 58 4.2.5 Đồ thị lực cản vận tốc t ại vị trí khác 61 KẾT LUẬN VÀ KI ẾN NGHỊ .69 Kết luận 69 Kiến nghị 69 TÀI LIỆU THAM KH ẢO .70 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT x, y, z Vị trí robot lặn ɸ , θ, ψ Các góc Euler u, v, w Vận tốc dài c robot lặn p, q, r Vận tốc góc robot lặn m Khối lƣợng vật Ai Ma trận cosin hƣớ ng thứ i B Ma trận phân phối C Ma trận chứa l ực ly tâm lực quán tính coriolis T(t) Ma trận biến đổi tọ a độ M Ma trận khối lƣợng c robot lặn J0 Ma trận moment quán tính khối tâm vậ t Ω vector vận tốc góc vật rắn V p0 vector vận tốc góc vật rắn P hệ qui chiếu cố định R0 ap vector gia tốc góc vật rắn P hệ qui chiếu R Cy Hệ số lực nâng, Cx Hệ số lực cản Cm Hệ số mô men Khối lƣợng riêng chất lỏng, S Tiết diện cản RF Sức cản ma sát RR Sức cản dƣ RA Sức cản khơng khí CA Hệ số sức cản khơng khí riêng ρkk Mật độ khơng khí Akk Diện tích mặt ngang phần thân tàu nhô lên khỏi mặt nƣớc As Diện tích mặt ƣớt PE Cơng suất đẩy hiệu dụng cần thiết Khối lƣợng riêng, V Vectơ vận tốc, Hệ số nhớt động học, F Lực khối đơn vị, P Ap suất, E Nhiệt dung riêng c chất lỏng, Keff Hệ số dẫn nhiệt hiệ u dụng, Jj Thông lƣợng khuyếch tán, Sh Bao hàm nhiệt phản ứng hoá học nguồn nhiệt khác t Độ nhớt rối, Gk Sự phát sinh lƣợng động học rối gradien vận tốc trung bình, Gb Sự phát sinh lƣợng động học sức nổi, YM Thể dãn nở bi ến đổi dòng chảy rối nén đƣợc, C1 , C2 Các số (C 1=1,44; C 2=1,92 ), C3 Thể mức đ ộ chịu ảnh vào sức nổi, k; Số Prandtl rối k ( k=1; =1,3), Sk ; S Đại lƣợng ngƣời dùng định nghĩa MỞ ĐẦU Hiện nay, tình hình giới diễn bi ến phức tạp Dân số giới tăng nhanh, nguồn trữ tài nguyên, khoáng s ản, nhiên liệu đất liền ngày trở lên cạ n kiệt Các nguồn dự trữ tự nhiên trở thành nguyên nhân sâu xa xủa tranh chấp can thiệp thô bạo số nƣớc phát triển nƣớc có ngu ồn dự trữ lớn (Iraq, Libia,…) Địa bàn tranh chấp hiệ n không dừng lại b ộ mà diễn biển nơi có trữ lƣợng tài nguyên lớn gấp nhiều lần so với đất liền Các cƣờng quốc th ế giới đẩy mạnh diện khẳng định chủ quyền vùng bi ển, nơi có nhiều dự trữ tài ngun Việt nam khơng nằm ngồi vịng xốy Nổi cộm gần xung đột giữ a Trung Quốc nƣớc thuộc khu vực Biển Đông, phủ Trung Quốc tuyên bố chủ quyền v ới hầu hết diệ n tích Bi ển Đơng, coi sân nhà mình, vi phạ m trắng trợn thô b ạo ch ủ quyền nƣớc khu vực Trong b ối cảnh nay, q trình cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nƣớc thiếu nguồn tài nguyên thiên nhiên Để đáp ứng đƣợc yêu cầu này, bối cảnh dự trữ đất liền ngày hiếm, đƣờng tất yếu đẩy mạnh nghiên cứu khai thác đại dƣơng thềm lục địa Ngồi ra, để phát triển b ền vững hịa bình lãnh h ải trƣớc can thiệp lực bên ngồi c ần có phƣơng tiện chiến tranh phù hợp Một phƣơng tiện phục vụ cho nghiên c ứu, khai thác bảo vệ lãnh hải tàu ngầ m quân phƣơng tiệ n lặn khác Robot lặn phƣơng tiện lặn khác đƣợc phát triển s dụng rộng rãi giới lĩnh vƣc dân quân s ự Trong dân s ự, chúng đƣợc sử dụng để nghiên c ứu thăm dò đáy biển, nghiên cứu đại dƣơng, cơng nghiệp khai thác dầu khí khống sản thềm lục địa, vào mục đích du lịch… Số lƣợng robot lớn nhấ t tập trung lĩnh vực quân Các cƣờng quốc h ải quân không ngừng cải tiên nhằ m chế tạo đƣợc robot với nhiều tính ƣu việt nhƣ giảm khả bị phát hiện, t ốc độ… Tại Việt nam, s ố lƣợng robot đại không nhiều Hiện tại, chƣa có khả tự thiết kế chế tạo robot Mục tiêu đề tài: Tính tốn, thi ết kế khảo sát hệ thống ổn định điều khiển cho robot lặn Cách tiếp cận, phƣơng pháp nghiên cứu, đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Tìm hiểu loại thi ết bị lặn giới làm sơ cho tính tốn Sử dụng phối hợp phƣơng pháp thiết kế với lý thuyết k ỹ thuật điều khiển, lý thuyết tàu, học chất lỏng kết h ợp với sử dụng phần mềm mô Nghiên u thủy động lực học robot hệ thống điều khiển chuyển động