計及側(cè)向流影響的自治水下航行器6-DOF運動仿真.pdf

1、自治水下航行器（AUV: Autonomous Underwater Vehicle）是一種在復(fù)雜海洋環(huán)境下執(zhí)行勘探、探測、反魚雷等任務(wù)的智能化平臺，可較好的滿足科研、軍事、商業(yè)等需求。海洋環(huán)境瞬息萬變，存在洋流、密度（溫度、鹽度）躍層、波浪等現(xiàn)象，對水下航行器的運動性能會產(chǎn)生重要影響，而AUV執(zhí)行工作任務(wù)時多處于直航狀態(tài)，因此分析AUV在受到各種側(cè)向流干擾下的運動性能有重要意義和價值，并在此基礎(chǔ)上計算AUV不同結(jié)構(gòu)特征在側(cè)向流干擾下的

2、運動性能。最終結(jié)果可為其結(jié)構(gòu)設(shè)計提供依據(jù)。本文利用計算流體力學(xué)的動網(wǎng)格技術(shù)提出了六自由度（6-DOF）仿真計算方法。具體研究成果如下：
　　研究了AUV在無洋流干擾下的直航性能。建立其幾何模型，在ICEM中劃分四面體網(wǎng)格，導(dǎo)入FLUENT中進行有限元計算?；?-DOF方法，通過加載UDF（User Defined Function）函數(shù)來賦予AUV的質(zhì)量屬性，通過設(shè)置合適的重浮心距離，成功實現(xiàn)了AUV的穩(wěn)定直航運動。
　　

3、研究了AUV在側(cè)向流干擾下的運動性能和粘性流場特性。結(jié)合采用RANS方程和標準k-ε湍流模型，求解了AUV在側(cè)向流干擾下的非定常粘性流場和位姿變化狀況。仿真AUV在不同側(cè)向流大小、不同側(cè)向流方向的運動性能，通過分析 AUV重心軌跡、姿態(tài)角、流體力、流體力矩以及壓力云圖、速度云圖等，探討了不同側(cè)向流對AUV運動性能的影響。
　　研究了具有不同結(jié)構(gòu)特征的AUV在側(cè)向流作用下的運動性能和位姿變化狀況。當(dāng)主體外形確定后，AUV的結(jié)構(gòu)特征主

4、要包括尾翼布局方式、尾翼安裝位置、尾翼大小、不同重浮心距離分布。結(jié)果表明，X?45?型尾翼分布方式在受到側(cè)向流干擾時，可保持較好的運動性能；尾翼安裝位置為L?/L=0.0736（L?為尾翼根部到AUV殼體末端的距離，L為AUV全長）時，AUV有相對良好的運動性能；尾翼過小時，會引起AUV的橫滾、俯仰運動劇烈；不同重浮心距離的分布對 AUV運動性能影響很大，是設(shè)計初期重要的考察因素。計算結(jié)果可為AUV結(jié)構(gòu)設(shè)計、控制器設(shè)計等提供理論參考和依