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水下滑翔机机翼缺失运动性能分析及诊断方法研究
| 论文题名： | 水下滑翔机机翼缺失运动性能分析及诊断方法研究 |
| 关键词： | 水下滑翔机;运动性能;机翼缺失;动力学建模 |
| 摘要： | 水下滑翔机因其具有低能耗、长续航、低成本的特点，在海洋观测与探测应用中扮演着重要的角色。但由于海洋环境的复杂性和恶劣性，近年来，国内外报道了多起由机翼缺失引起的水下滑翔机故障，该故障不仅会导致任务中断，若未能及时诊断并采取应对策略，还会造成平台观测时间上的浪费。针对机翼缺失问题，本文建立了机翼缺失的水下滑翔机的动力学模型，并基于此模型研究了水下滑翔机机翼缺失情况下的运动性能和应对策略，最后提出了三种单侧机翼缺失故障的诊断方法。本文的主要研究成果如下： 1.建立了适用于机翼缺失的水下滑翔机的动力学模型，该模型在常规动力学模型的基础上，引入机翼缺失产生的附加静态力矩、净浮力变化量、惯性张量变化量以及重心位置偏移量等参数，考虑机翼缺失对水下滑翔机三维水动力的影响，可为机翼缺失后的运动性能研究提供模型基础。而后，通过将仿真结果与海试数据对比，验证了该动力学模型的正确性。 2.基于动力学模型，探究了横滚舵角对单机翼水下滑翔机运动性能的影响，得到了横滚舵角与三维运动轨迹、航向角变化率、横滚角等关键参数的对应关系。而后，探究了内油箱油量、俯仰舵量（电池包位置）对无机翼水下滑翔机运动性能的影响，得到了油量对最大下潜深度、滑翔速度等参数的影响规律，以及俯仰舵量对俯仰角、水平位移、滑翔速度等参数的影响规律。最后，基于以上规律提出了机翼缺失情况下的应急运行模式及参数调整方法，其能够为海试中水下滑翔机控制参数设定提供技术指导。 3.提出了三种水下滑翔机单侧机翼缺失故障的诊断方法，分别为基于规则、参数辨识、数据驱动的诊断方法。基于规则的诊断方法，操作简单，时效性强，所需数据量小，可根据横滚角控制规则和零舵角横滚偏差诊断故障与否和故障时间；基于参数辨识的诊断方法，依赖数据完整性，存在辨识误差，可根据机翼缺失前后水动力系数、净浮力变化量的变化特征诊断故障与否和故障时间；基于数据驱动的诊断方法，时效性强，所需数据量小，诊断结果直观，可通过预测过程评价指标的变化特征诊断故障与否和故障时间。 |
| 作者： | 滕义 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 王延辉;姜九旺 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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