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

1、近幾年來,我國開始注重深海資源的開發(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,對水下航行器的要求越來越高。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。而許多AUV在執(zhí)行任務(wù)時,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,無法滿足控制要求。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)驗公式計算,對水動力系數(shù)進(jìn)行計算。由于AUV的橫向-橫滾運動、水平面運動與縱垂直面運動存在著耦合關(guān)系,提出相應(yīng)的解耦方法。最后在數(shù)學(xué)模型和水動力系數(shù)的基礎(chǔ)上,研究矢量推進(jìn)式AUV的動力學(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,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),運用Newton-Euler法建立了AUV的6自由度運動學(xué)模型動力學(xué)模型,采用四階五級龍格-庫塔方法對單矢量推進(jìn)式AUV動力學(xué)模型進(jìn)行了求解,在 Matlab環(huán)境下對其動力學(xué)行為進(jìn)行了仿真預(yù)測,并通過湖試驗證了所建模型的正確性

4、,為控制系統(tǒng)的設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。
　　本文主要的研究內(nèi)容有:
　　1、在不考慮浮力系統(tǒng)的情況下,將 AUV近似視為一個剛體,運用剛體的動力學(xué)定理和運動學(xué)推導(dǎo)得到了AUV的數(shù)學(xué)模型。
　　2、運用Fluent軟件計算 AUV的水動力系數(shù),查找魚雷、潛艇等的外形與AUV相似的水下航行器的經(jīng)驗公式對水動力系數(shù)進(jìn)行估算,再對兩種方法所得的結(jié)果進(jìn)行比較。
　　3、運用MATLAB和已經(jīng)得到的數(shù)學(xué)模型和水動力系數(shù)對AUV進(jìn)行仿