大型深海AUV无动力螺旋下潜运动特性分析

摘要：

为了合理地设计大型深海自主水下航行器(autonomous underwater vehicle,AUV),针对其无动力螺旋下潜时的静力配置问题展开研究,重点分析其无动力螺旋下潜运动特性.首先,基于拉格朗日方程推导了大型深海AUV的动力学模型,并利用CFD(computational fluid dynamics,计算流体动力学)软件对其直航试验、斜航试验、悬臂水池试验和平面运动机构试验进行数值模拟,通过最小二乘线性回归法拟合得到了相应的水动力系数;同时通过对比给定推力条件下AUV的直航速度验证了动力学模型的有效性.然后,基于所构建的动力学模型,利用MATLAB/Simulink和S函数建立了大型深海AUV的六自由度运动仿真模型,分析了其净负浮力、重心纵向位移和稳心高度与无动力螺旋下潜稳态参数之间的关系.最后,设计了1:10的大型深海AUV缩比样机,通过水池试验验证了动力学仿真结果的正确性.结果表明:净负浮力作为大型深海AUV下潜时的主要动力来源,决定了AUV的下潜速度和偏航角速度;净负浮力和重心纵向位移与稳心高度的比值越大,AUV的垂向下潜速度越快,下潜至6000 m深度的用时越短;由于该AUV的体量较大,其纵倾角主要由重心纵向位移与稳心高度的比值决定,压载质量对重心位置和转动惯量的影响几乎可以忽略.研究结果可为大型深海AUV无动力螺旋下潜时的静力配置提供参考.

关键词：大型深海自主水下航行器、动力学建模、无动力螺旋下潜、运动仿真、水池试验

所属期刊栏目：29

分类号：TP242.3(自动化技术及设备)

资助基金：十三五装备预研项目2020107/2002

在线出版日期：2022-07-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共14页

页码：370-383