原文传递
无动力水下潜航器自由下潜的运动学及致力机理研究
| 论文题名： | 无动力水下潜航器自由下潜的运动学及致力机理研究 |
| 关键词： | 无动力潜航器;自由下潜状态;运动学分析;致力机理;路径规划 |
| 摘要： | 无动力水下潜航器依靠自身重力与水之间的相互作用，不需要额外提供动力就可以达到下潜并接近目标的目的。该方案可以很好的解决目前微小型潜航器续航不足等缺点，并且具有极高的隐蔽性。本文利用数值模拟对无动力潜航器自由下潜运动学和致力机理进行了详细的研究，对以后无动力水下潜航器的设计和路径规划具有指导意义。本文进行了如下的研究工作： （1）确定影响无动力水下潜航器自由下潜状态的参数为密度比和偏心率，并制定了整体研究方案和路线。通过势流叠加理论，证明了潜航器的附加质量仅仅依赖于潜航器的几何参数；通过保角变换得到潜航器的附加质量和附加转动惯量，再引入由偏心引起的力矩以及流体附加力修正刚体动力学方程，得到无动力潜航器自由下潜的动力学方程。 （2）对计算域进行合理的划分，基于雷诺时均法修正的数值模型，利用有限差分法对已知文献的潜航器微缩模型实验进行模拟自由下潜，结果表明修正后的数值模型是正确的。 （3）通过改变密度比、偏心率两个参数，利用修正后的数值模型对潜航器自由下潜进行数值模拟。通过对运动状态统计，共得到五种不同的结果，包括翻滚运动（Tumbling）、混沌运动（Chaotic）、滑动主导运动（Gliding Dominated）、纯滑动运动（Gliding）、摆动运动（Fluttering），并对各种运动状态下的运动学和通过求解修正后的动力学方程得到的诱导力和诱导力矩进行了详细的分析。 （4）从潜航器微缩模型尾涡的角度对潜航器下潜的致力机理进行了分析，阐明导致潜航器下潜不稳定的原因，分析了每种运动模式下每个周期内尾涡的分布、变化过程，以及分析了随时间变化的尾涡分布对涡诱导力和诱导力矩的影响。 |
| 作者： | 张翔 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 叶伯生;周新平 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 学位年度： | 2021 |
检索历史
应用推荐
