开架式水下机器人水动力系数计算与动力学建模

摘要：

为实现开架式水下机器人的操纵性预报和开展控制算法的研究,提出一种基于格子波尔兹曼方法(LBM)的水动力系数数值计算方法.对比LBM和传统雷诺平均Navier-Stokes方程方法在稳态纵荡运动和斜航运动中的模拟结果,验证LBM的可行性.建立大振幅非稳态平面运动机构试验的严格运动函数,根据水下机器人结构特点构建包含惯性水动力系数、线性与非线性黏性水动力系数的水动力模型,并采用最小二乘法辨识水动力模型参数.对标准操纵性试验进行数值仿真,验证所建立的6自由度运动方程的有效性.结果表明:与基于传统计算流体力学技术的水动力计算方法相比,LBM不会受水下机器人外形复杂程度的限制,避免了非稳态运动模拟中复杂动网格的更新难题;通过大振幅平面运动机构试验模拟缩短了水动力系数计算周期,该水动力学模型较完整,更适用于操纵性预报和控制算法的研究.

关键词：水下机器人;水动力系数;格子波尔兹曼方法;大振幅平面运动机构试验

所属期刊栏目：42

分类号：TP242.3(自动化技术及设备)

资助基金：国家自然科学基金项目;山东省自然科学基金项目;中央高校基本科研业务费专项项目

在线出版日期：2021-11-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共15页

页码：1972-1986