矢量推進(jìn)水下航行器動(dòng)力學(xué)建模及動(dòng)力學(xué)行為研究.pdf

1、近幾年來(lái),我國(guó)開(kāi)始注重深海資源的開(kāi)發(fā)與利用。深海豐富的資源能夠解決當(dāng)前我們面臨的資源短缺問(wèn)題。這為水下航行器研究提供了廣泛的背景與需求。由于海流、海浪等工作環(huán)境干擾大,海洋環(huán)境惡劣,對(duì)水下航行器的要求越來(lái)越高。ROV(Remote Operated Vehicle)的研究已較成熟,由于AUV(Autonomous Underwater Vehicle)有比它更好的性能,因此目前AUV是水下航行器研究的熱點(diǎn)。而許多AUV在執(zhí)行任務(wù)時(shí),往往

2、航行速度較低。傳統(tǒng)的舵控制AUV在低速下操縱性低,無(wú)法滿(mǎn)足控制要求。矢量推進(jìn)式AUV由于其在低速下還具有很好的操縱性,這使得矢量推進(jìn)式AUV具有極大的研究意義。
　　首先建立矢量推進(jìn)式AUV的數(shù)學(xué)模型,再用軟件仿真和經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算,對(duì)水動(dòng)力系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。由于AUV的橫向-橫滾運(yùn)動(dòng)、水平面運(yùn)動(dòng)與縱垂直面運(yùn)動(dòng)存在著耦合關(guān)系,提出相應(yīng)的解耦方法。最后在數(shù)學(xué)模型和水動(dòng)力系數(shù)的基礎(chǔ)上,研究矢量推進(jìn)式AUV的動(dòng)力學(xué)行為。
　　本文研究的深

3、水 AUV采用單矢量推進(jìn)器進(jìn)行航向控制的自治式水下航行器,與采用傳統(tǒng)的鰭舵進(jìn)行航向控制的AUV相比,具有更好地低速操控性及定位精度。根據(jù)單矢量推進(jìn)式AUV的特點(diǎn),將AUV的推力視為螺旋漿轉(zhuǎn)速及矢量推進(jìn)器擺角的函數(shù),運(yùn)用Newton-Euler法建立了AUV的6自由度運(yùn)動(dòng)學(xué)模型動(dòng)力學(xué)模型,采用四階五級(jí)龍格-庫(kù)塔方法對(duì)單矢量推進(jìn)式AUV動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了求解,在 Matlab環(huán)境下對(duì)其動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行了仿真預(yù)測(cè),并通過(guò)湖試驗(yàn)證了所建模型的正確性

4、,為控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
　　本文主要的研究?jī)?nèi)容有:
　　1、在不考慮浮力系統(tǒng)的情況下,將 AUV近似視為一個(gè)剛體,運(yùn)用剛體的動(dòng)力學(xué)定理和運(yùn)動(dòng)學(xué)推導(dǎo)得到了AUV的數(shù)學(xué)模型。
　　2、運(yùn)用Fluent軟件計(jì)算 AUV的水動(dòng)力系數(shù),查找魚(yú)雷、潛艇等的外形與AUV相似的水下航行器的經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)水動(dòng)力系數(shù)進(jìn)行估算,再對(duì)兩種方法所得的結(jié)果進(jìn)行比較。
　　3、運(yùn)用MATLAB和已經(jīng)得到的數(shù)學(xué)模型和水動(dòng)力系數(shù)對(duì)AUV進(jìn)行仿