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扁平型AUV回转操纵运动类物理数值模拟
| 论文题名： | 扁平型AUV回转操纵运动类物理数值模拟 |
| 关键词： | 自主式水下航行器;水动力系数;回转操纵运动;数值模拟 |
| 摘要： | Autonomous Underwater Vehicle（AUV）作为水下航行的工具，在海底生物信息获取、地貌还原、资源勘探等方面发挥着重要的作用。现如今，不管是沿海还是内陆国家都想从海洋资源中分一杯羹，因此许多国家发展战略很多都是有关海洋的。AUV 造价高，设备昂贵，在投入使用时要充分保证其安全、可靠。因此，在设计中，要对其进行稳定性校核、操纵性预报等工作，这样可以有效避免海试过程中出现各种突发状况，同时利用预报的方法，可以减少试验成本，并可对路径规划、结构优化等提供参考依据。本文主要进行 AUV 的操纵性预报，并用类物理数值模拟法得到了 AUV 回转中实际受力和流场变化情况，主要研究内容包括： 首先对AUV采用斜航、添加动量源悬臂、定常结合非定常的方法进行数值模拟，在得到受力（力矩）之后，根据拟合公式借助MATLAB软件拟合获取载体速度、（角）加速度有关无因次水动力系数，并估算得到舵角导数，同时根据得到的水动力系数对设计载体的稳定性进行了校核。并且考虑到AUV需要开展近海底探测工作，当近海底巡航时操纵性能可能会受到影响，对AUV距海底不同高度巡航进行了数值模拟，分析海底在此过程中产生的影响。 然后根据得到的无因次水动力系数，借助S函数对AUV建立了动力学与运动学模型，并根据敞水模拟、AUV自航模拟、拖曳模拟及等推力法模拟结果，创建螺旋桨推力模块。在SIMULINK中搭建仿真平台，结合操舵模块对AUV分别进行回转运动、坡形和Z型操舵仿真，并对运动轨迹进行了分析。 最后为了分析回转运动中力、流场等的变化情况，进行回转操纵类物理数值模拟。考虑到航速很小时，几乎没有舵效，先对AUV进行非定常直航，而后切换用户自定义函数（UDF）保持在恒定推力下，保持固定舵角，放开自由度，对AUV回转运动进行直接模拟。在一开始时，由于突然产生的舵力影响，AUV会产生一些外“漂”，出现很小的反向位移，而后恢复。同时对回转过程的流场、受力等情况进行了分析，由运动结果可知， AUV 在整个运动过程形成了较为完整的回转轨迹并与采用相同参数设定的SIMULINK仿真结果对比，符合实际规律。同时模拟过程也证实了采用多块混合网格模拟多自由度运动的可行性。 |
| 作者： | 张文灿 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 吴利红 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 大连海事大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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