撲翼滑翔水下航行器推進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、目前，大部分水下航行器采用傳統(tǒng)的螺旋槳推進(jìn)方式，然而隨著海洋開發(fā)利用的不斷深入，海洋調(diào)查和海洋工程任務(wù)日趨復(fù)雜，多樣化的任務(wù)需求對(duì)航行器的性能提出了更高的要求，仿生撲翼推進(jìn)技術(shù)的研究是進(jìn)一步提高水下航行器性能的一種有效途徑。本文對(duì)典型的水下二自由度撲翼的流體動(dòng)力特性進(jìn)行了計(jì)算流體力學(xué)分析，在此基礎(chǔ)上，對(duì)撲翼滑翔水下航行器及其撲翼推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)，并對(duì)該航行器進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)建模以及仿真分析。本文的研究成果主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面:

2、>　　1.通過(guò)撲翼流體動(dòng)力仿真初步探究了撲翼周圍流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的演變過(guò)程和流體動(dòng)力特性。通過(guò)對(duì)不同頻率的撲翼流體動(dòng)力仿真可知，隨著撲翼運(yùn)動(dòng)頻率的增大，其產(chǎn)生的推力越大，但是效率會(huì)降低。同時(shí)，對(duì)非對(duì)稱運(yùn)動(dòng)撲翼的仿真結(jié)果表明，二自由度撲翼的非對(duì)稱運(yùn)動(dòng)可以使撲翼產(chǎn)生的平均升力不再為零，從而產(chǎn)生了可以用于對(duì)航行器操縱的矢量力。
　　2.提出了一種新型的基于兩自由度球面機(jī)構(gòu)的撲翼驅(qū)動(dòng)裝置，利用矢量閉環(huán)法和虛功原理建立了該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模

3、型。通過(guò)對(duì)該撲翼推進(jìn)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析可知，該機(jī)構(gòu)具有完全解耦的特性，這使機(jī)構(gòu)分析和控制系統(tǒng)開發(fā)的難度降低，非常適合實(shí)際工程應(yīng)用和驅(qū)動(dòng)更加復(fù)雜的撲翼運(yùn)動(dòng)規(guī)律。同時(shí)，通過(guò)分析得到了驅(qū)動(dòng)端轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)規(guī)律和驅(qū)動(dòng)力的變化規(guī)律，從而為電機(jī)的選型和相應(yīng)的細(xì)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
　　3.對(duì)撲翼滑翔水下航行器的受力情況進(jìn)行了分析，基于Newton-Euler法建立了撲翼滑翔航行器的空間六自由度動(dòng)力學(xué)模型，利用MATLAB對(duì)浮力驅(qū)動(dòng)下的滑翔模式和