长航程潜水器操纵性能与运动仿真研究

论文摘要

海洋所蕴藏的巨大经济潜力以及在政治上的重要地位,在本世纪受到世界各国的广泛关注。在众多海洋技术中,续航力大、能达到各种潜深、并能完成多种作业任务的潜水器成为研究的重点。本文的研究对象即为一种能在较大海域执行复杂任务且具有持久续航能力的新型潜水器。在潜水器综合性能中,操纵性是其重要的组成部分,是潜水器安全航行和充分发挥其战术水平的重要保证,也是潜水器总体性能设计的重点。对于潜水器性能的检测,运动仿真是重要的试验之一。运动仿真系统的成功建立不仅有助于潜水器操纵性能的预报,同时也为潜水器的智能控制设计和调试提供了平台。本文以某长航程潜水器作为研究对象。首先,根据潜水器运动一般方程,建立了长航程潜水器六自由度空间运动的数学模型,并对该潜水器进行了受力分析。其次,根据本潜水器初步设计的模型,分别采用近似公式估算、基于势流理论的面元法和商用流体力学软件FLUENT模拟循环水槽试验三种方法求解潜水器的水动力系数。此后,进行模型循环水槽操纵性能试验,对试验数据处理并结果解算分析,并以该结果作为衡准值完成了对上述三种计算方法的评价,同时由试验也得到了适用于本运动方程的完整水动力系数集合。最后,分析潜水器操纵性能评价参数,建立运动仿真系统,仿真计算潜水器典型的空间运动,通过得到的曲线对潜水器操纵性能进行预报。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 潜水器操纵性能研究
• 1.3 潜水器运动仿真技术
• 1.4 论文的研究意义与主要工作内容
• 1.4.1 论文的研究意义
• 1.4.2 论文主要工作内容
• 第2章 长航程潜水器空间运动方程
• 2.1 引言
• 2.2 潜水器运动坐标系
• 2.2.1 地球坐标系
• 2.2.2 艇体坐标系
• 2.2.3 潜水器运动的表示
• 2.3.4 固定坐标系和运动坐标系的转换关系
• 2.3 潜水器的空间运动方程
• 2.3.1 潜水器受力分析
• 2.3.2 潜水器的六自由度运动方程
• 2.4 本章小结
• 第3章 长航程潜水器操纵性水动力系数计算
• 3.1 引言
• 3.2 长航程潜水器模型与主要技术参数
• 3.2.1 潜水器实体模型
• 3.2.2 潜水器操纵性试验模型
• 3.3 基于近似公式估算潜水器水动力系数
• 3.3.1 潜水器附加质量的估算
• 3.3.2 潜水器的速度系数估算
• 3.3.3 角速度系数的近似计算
• 3.3.4 耦合水动力系数的近似计算
• 3.4 基于面元法计算惯性类水动力系数
• 3.4.1 面元法的基本原理
• 3.4.2 模型与网格划分示意
• 3.4.3 不同网格划分结果及分析
• 3.5 FLUENT数值求解并试验结果比较分析
• 3.5.1 FLUENT求解流体力学基本原理
• 3.5.2 FLUENT数值求解流程
• 3.5.3 模拟计算与试验结果对比分析
• 3.6 结果分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 潜水器操纵性能分析与运动仿真
• 4.1 引言
• 4.2 潜水器操纵性能分析与运动仿真
• 4.2.1 潜水器垂直面运动稳定性与机动性分析研究
• 4.2.2 潜水器垂直面运动仿真及分析
• 4.2.3 潜水器水平面运动稳定性与机动性分析研究
• 4.2.4 潜水器水平面运动仿真及分析
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢