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便携式AUV水动力数值计算方法应用研究
| 论文题名： | 便携式AUV水动力数值计算方法应用研究 |
| 关键词： | 便携式AUV;数值计算;水动力;波浪力 |
| 摘要： | 随着经济发展以及人口增加，自然资源消耗速度逐渐加快，陆地上的资源难以为继。海洋是地球上所有生物的起源地，同时它也是一个未被深入探索以及开发的巨大资源宝库，它储存着不计其数人类迫切需求的矿物、燃料等资源。便携式AUV（自主水下航行器，AutonomousUnderwaterVehicle）作为人类探索海洋的有力工具，具有体积小，灵活性强等特点，在复杂多变的海洋环境中作业时，需要达到更高的控制要求，并且具备一定的抵抗波浪干扰能力，而便携式AUV在静水中的水动力系数计算以及在波浪中的水动力计算则是便携式AUV灵活控制的基础。基于以上，本文对便携式AUV在静水以及波浪中水动力数值计算方法的应用进行研究，主要包括水动力系数数值计算、波浪力中水动力数值计算以及计算结果验证与分析。 对便携式AUV进行力分析以及数学模型的建立。首先建立便携式AUV航行时的坐标系以及无因次化体系。然后进行力分析，建立可用于便携式AUV控制的六自由度动力学方程。 对便携式AUV水动力系数进行数值计算。首先建立便携式AUV的三维模型、流体计算域模型，进行网格划分，然后利用数值计算方法模拟AUV的定常运动，包括直航和平面、空间斜航运动等。再利用动网格结合UDF的方法模拟便携式AUV非定常运动，例如纯横荡、纯升沉运动等，数据处理得到无因次化水动力系数。 对便携式AUV在波浪中的水动力进行数值计算。采用基于势流理论的ANSYSAQWA软件对便携式AUV在海洋上航行时所受到的波浪力进行计算研究，首先建立便携式AUV的三维面元模型，对模型进行网格划分，利用数值方法计算不同波频、不同潜深、不同波浪幅值时的规则波以及不规则波作用下，便携式AUV所受到的波浪力以及各个方向上的RAO（幅值响应因子，ResponseAmplitudeOperator）等。 对水动力数值计算方法进行验证。数值仿真SUBOFF拖曳水池实验以及标准椭球体纯升沉运动，利用标准实验的结果验证水动力数值方法可靠性。基于拖曳水池实验原理，设计并搭建水动力系数测定实验平台，利用平台进行实验，将结果与数值计算结果对比并分析。利用21UUV在波浪中的水动力标准实验对所采用的波浪中水动力数值方法进行评估。 |
| 作者： | 方人杰 |
| 专业： | 机械电子工程 |
| 导师： | 王昕 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2020 |
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