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计及侧向流影响的自治水下航行器6-DOF运动仿真
| 论文题名： | 计及侧向流影响的自治水下航行器6-DOF运动仿真 |
| 关键词： | 自治水下航行器;侧向流干扰;运动性能;六自由度;仿真计算 |
| 摘要： | 自治水下航行器（AUV: Autonomous Underwater Vehicle）是一种在复杂海洋环境下执行勘探、探测、反鱼雷等任务的智能化平台，可较好的满足科研、军事、商业等需求。海洋环境瞬息万变，存在洋流、密度（温度、盐度）跃层、波浪等现象，对水下航行器的运动性能会产生重要影响，而AUV执行工作任务时多处于直航状态，因此分析AUV在受到各种侧向流干扰下的运动性能有重要意义和价值，并在此基础上计算AUV不同结构特征在侧向流干扰下的运动性能。最终结果可为其结构设计提供依据。本文利用计算流体力学的动网格技术提出了六自由度（6-DOF）仿真计算方法。具体研究成果如下： 研究了AUV在无洋流干扰下的直航性能。建立其几何模型，在ICEM中划分四面体网格，导入FLUENT中进行有限元计算。基于6-DOF方法，通过加载UDF（User Defined Function）函数来赋予AUV的质量属性，通过设置合适的重浮心距离，成功实现了AUV的稳定直航运动。 研究了AUV在侧向流干扰下的运动性能和粘性流场特性。结合采用RANS方程和标准k-ε湍流模型，求解了AUV在侧向流干扰下的非定常粘性流场和位姿变化状况。仿真AUV在不同侧向流大小、不同侧向流方向的运动性能，通过分析 AUV重心轨迹、姿态角、流体力、流体力矩以及压力云图、速度云图等，探讨了不同侧向流对AUV运动性能的影响。 研究了具有不同结构特征的AUV在侧向流作用下的运动性能和位姿变化状况。当主体外形确定后，AUV的结构特征主要包括尾翼布局方式、尾翼安装位置、尾翼大小、不同重浮心距离分布。结果表明，X?45?型尾翼分布方式在受到侧向流干扰时，可保持较好的运动性能；尾翼安装位置为L?/L=0.0736（L?为尾翼根部到AUV壳体末端的距离，L为AUV全长）时，AUV有相对良好的运动性能；尾翼过小时，会引起AUV的横滚、俯仰运动剧烈；不同重浮心距离的分布对 AUV运动性能影响很大，是设计初期重要的考察因素。计算结果可为AUV结构设计、控制器设计等提供理论参考和依据。 |
| 作者： | 房萍萍 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 刘玉红 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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