水下滑翔器的優(yōu)化設(shè)計與運動分析.pdf

1、水下滑翔器是為滿足更廣泛的海洋監(jiān)測和海底資源勘探的需要而開發(fā)的一種新型無人水下機器人。它不外掛推進器，僅依靠浮力驅(qū)動和姿態(tài)調(diào)整，以一條鋸齒形的軌跡在水中航行。由于具有低阻低噪、低成本、續(xù)航時間長、航行范圍廣的優(yōu)點，水下滑翔器可廣泛應用于軍事調(diào)查和民用領(lǐng)域中。水阻力是影響水下滑翔器性能的關(guān)鍵因素。本文以中小型水下滑翔器為研究對象，設(shè)計一款低阻力的新構(gòu)型水下滑翔器。本文研究的主要內(nèi)容如下：
　?。?）水下滑翔器的工作原理，并進行總體設(shè)

2、計。
　?。?）水下滑翔器外形的優(yōu)化設(shè)計。先設(shè)計主體外形，通過對比分析幾種常見的水下滑翔器主體外形的水阻力性能，選出水動力性能較好的主體外形；再設(shè)計附體（水平機翼和垂直尾翼）外形，包括翼型的選取，展長、弦長、后掠角的設(shè)計與翼的布置，得到一個水阻性能較優(yōu)的完整水下滑翔器的外形。然后基于多目標優(yōu)化理論（MDO）和優(yōu)化算法NSGA-II，用軟件ISIGHT進行集成優(yōu)化分析，得到綜合性能最優(yōu)的水下滑翔器的外形構(gòu)型。最后將這個新構(gòu)型與水下滑

3、翔器經(jīng)典的三種模型進行水動力的比較分析，驗證了該構(gòu)型的優(yōu)化性。
　?。?）運動的建模與分析。對水下滑翔器建立了6自由度運動方程，再將滑翔器的運動特殊化和線性化，得到垂直面上的穩(wěn)定滑翔的運動方程，結(jié)合CFD理論和FLUENT流體仿真計算得到的水動力特性系數(shù)，討論穩(wěn)定滑翔時的運動參數(shù)（攻角α，俯仰角θ，滑翔速度V）與控制參數(shù)（凈浮力的質(zhì)量m0和重心的軸向位移xG）之間的關(guān)系，為后續(xù)設(shè)計提供參考。接著計算穩(wěn)定滑翔運動改變時，內(nèi)部姿態(tài)調(diào)節(jié)