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基于微分几何理论的水下航行器动力学研究
| 论文题名： | 基于微分几何理论的水下航行器动力学研究 |
| 关键词： | 水下航行器;动力学特性;微分几何;数值仿真 |
| 摘要： | 水下航行器作为一种新型的水下勘测平台,在军事和民用领域有着巨大的发展前景。在水下航行器动力学分析中往往将航行器与其周围的流体介质视做一个机械系统。航行器在运动过程中通过与流体介质相互作用,完成相应的动作。由于水下航行器周围的流体介质存在阻尼,两者相互作用机理比较复杂,航行器与周围流体介质组成一个非线性、强耦合的机械系统。 本文在课题组以往研究的基础上,从能量的观点出发,通过引入微分几何方法对水下航行器进行建模分析,得到水下航行器基于微分几何理论的动力学模型。以课题组研发的混合驱动水下滑翔器和矢量推进式水下自主航行器为分析对象,通过对具体的航行器系统进行研究,代入到动力学模型中,进行水下航行器空间六自由度运动学、动力学数值仿真分析。通过将仿真分析结果和湖试、海试试验对比,验证动力学模型的正确性,为后续研究基于微分几何理论的控制系统提供动力学模型。 本文的主要研究成果如下: 1.针对水下航行器在流体介质中运动的特点,从能量的角度出发,推导出通用的水下航行器动力学方程。水下航行器作为一种特殊的机械系统,由其质量矩阵引入黎曼度量,对水下航行器的动力学模型进行几何推导,得到水下航行器基于微分几何理论的动力学模型。 2.通过对混合驱动水下滑翔机PETREL-II系统分析,得到其简化系统模型,将简化系统模型受力情况代入到动力学模型中,进行仿真分析。仿真结果与试验数据对比,验证了模型的正确性。 3.通过对矢量推进式水下自主航行器系统分析,得到该系统的简化模型,将该系统受力情况带入到动力学模型中,进行仿真分析。仿真结果与试验数据对比,验证了模型的正确性。 |
| 作者： | 邵帅 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 王延辉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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