水下滑翔机动力学建模与仿真

随着海洋开发进程的不断加快,水下滑翔机技术得到快速发展。水下滑翔机依靠浮力进行驱动,通过改变重心位置,实现滑翔机姿态调整,具有噪声小、能耗低、探测范围广及工作效率高等优势,在海洋资源探测和海洋环境监测等方面发挥着重要的作用。本文对水下滑翔机进行总体设计,对机体滑翔运动和俯仰姿态进行分析,分别对滑翔器的转动和移动建立相应的动力学模型。     

水下滑翔机稳态螺旋运动的时空尺度分析

水下滑翔机是一种节能型水下航行器,其转弯运动可近似视为稳态螺旋运动的一部分。为指导水下滑翔机在限制水域(近海底或近壁面)内的转向运动,本文对水下滑翔机稳态螺旋运动的时间、空间尺度特征开展分析。基于水下滑翔机的运动学和动力学方程,建立了其稳态螺旋运动的仿真方法,并与已公开发表的结果进行对比验证。分析稳态螺旋运动的轨迹特点,给出了其时间、空间尺度特征描述方法,并建立了时空尺度特征的研究思路。以Seawing水下滑翔机为例,定量地揭示了时空尺度特征随控制参数间的变化规律,并发现了上浮和下潜运动中变化规律的不同之处。     

水下滑翔机的控制系统设计及运动仿真

在建立水下滑翔机的结构总布置草图的基础上,进行滑翔机的单片机控制系统设计;在Viscual C++软件里进行机翼布置位置调节对滑翔机运动性能的影响分析,结果表明采用活塞进行滑翔机的纵倾调节是可行的,进行机翼优化布置可以增加滑翔机的单程滑翔距离.     

水下滑翔机三维自由扰动分析

水下滑翔机以其低功耗、低成本和低噪声等优势在海洋科研、环境监测、资源探测和军事侦察等领域具有广阔的应用前景,文章分析水下滑翔机三维定常运动自由扰动过程各特征参数的运动模态、衰减速度和稳定性品质。通过对直线定常运动和螺旋定常运动的分析得到了水下滑翔机三维定常运动8个状态参数的变化特点。对水下滑翔机的设计和控制具有一定指导意义。     

水下滑翔机水平固定翼设计

水下滑翔机以其低功耗、低成本和低噪声等优势在海洋科研、环境监测、资源探测和军事侦察等领域具有广阔的应用前景,水下滑翔机主要用于海洋环境长时间、大范围的实时监测,因此要求其具有优良的水动力性能。文章利用Javafoil程序总结了水下滑翔机水平固定平板翼升阻比与翼型参数之间的特征关系,并基于该关系在综合考虑升阻比和俯仰力矩两方面因素后确定了水下滑翔机水平固定平板翼的参数。此外为改善水下滑翔机稳定性,分析和设计了柔性机翼,对水下滑翔机水平固定翼的设计具有一定指导和借鉴意义。     

水下滑翔机QFT鲁棒控制器设计

水下滑翔机以其低功耗、低成本和低噪声等优势在海洋科研、环境监测、资源探测和军事侦察等领域具有广阔的应用前景,由于水下滑翔机长时间、大范围在水下作业,受海洋波浪影响严重,因此要求其具有优良的抗干扰能力.本文首先对水下滑翔机俯仰回路多阶水动力模型进行Pade'降阶,随后针对降阶后的模型设计了QFT鲁棒控制器,系统仿真结果表明在该控制器作用下,系统鲁棒性较强.     

实验尺度水下滑翔机的机翼设计与水动力分析

为获取优化的实验尺度水下滑翔机水平机翼外形,基于CFD方法建立了滑翔机仿真模型。分析了平板机翼各参数间的关系,结合滑翔机特性,将机翼的表征量简化为安装位置、后掠角、展长、展弦比和根梢比等5个设计参数。通过对比分析各参数对升阻比的影响,提出了一种适用于实验尺度滑翔机的高升阻比水平机翼。仿真研究了设计的机翼对滑翔机运动的影响,结果表明,滑翔机各状态变量快速收敛,保证了滑翔机在水池环境中的稳态滑翔时间。     

水下滑翔机QFT鲁棒控制器设计

水下滑翔机以其低功耗、低成本和低噪声等优势在海洋科研、环境监测、资源探测和军事侦察等领域具有广阔的应用前景,由于水下滑翔机长时间、大范围在水下作业,受海洋波浪影响严重,因此要求其具有优良的抗干扰能力。本文首先对水下滑翔机俯仰回路多阶水动力模型进行Pade'降阶,随后针对降阶后的模型设计了QFT鲁棒控制器,系统仿真结果表明在该控制器作用下,系统鲁棒性较强。     

水下滑翔机试验样机系统设计

水下滑翔机作为一种新型的水下机器人巧妙地利用了水平固定翼将净重力转换为前进驱动力,从而降低了水下机器人的功耗。在海洋科学研究、环境监测、资源探测和军事侦察等方面都具有广阔的应用前景。文章介绍了水下滑翔机试验样机主体结构设计,姿态调节系统设计,浮力调节液压系统设计和控制系统系统设计。对嵌入式低功耗设计和层次设计做了重点介绍,并且对基于双向流量计浮力调节液压系统进行了详细介绍和仿真分析。     

翼身融合水下滑翔机运动仿真分析

针对回转体形状的水下滑翔机浅海水域滑翔能力弱的问题,以翼身融合水下滑翔机为研究对象,对其进行垂直面动力学模型的建立,并采用MATLAB/Simulink搭建运动模型仿真系统进行开环运动响应研究,分析执行机构的调节速度、浮力调节机构布局方式对水下滑翔机运动性能的影响,得到有利于浅海水域滑翔作业的解决方案;研究水下滑翔机系统输入对运动响应参数的影响程度和定量关系,分析水下滑翔机翼身融合水下滑翔机滑翔比与运动角度关系,得到小角度滑翔可充分利用大滑翔比优势适应浅海水域滑翔作业的结论。     

水下滑翔机滑翔运动的能量分析及水动力性能研究

水下滑翔机是一种新型水下无人潜航器,它通过改变自身的浮力在海中前进,续航时间可长达数月或一年.文中对水下滑翔机滑翔运动过程中的能量变化进行了分析,建立了上浮和下潜运动数学模型,通过数值计算方法对水下滑翔机不同速度和攻角下的水动力进行了计算和分析,可为水下滑翔机总体设计与运动控制提供参考.     

水下滑翔机的研究现状与面临的挑战

随着海洋科学研究的加深,水下滑翔机作为一种新型的无人水下航行器在经济、军事方面的价值逐渐凸显。首先介绍了水下滑翔机的研究意义以及分类情况,对水下滑翔机的研究现状以及国内外取得的具有代表性的成果进行了概括调研。然后对水下滑翔机的发展进行了分析,最后对低功耗水下滑翔机未来发展面临的导航问题、能源问题、控制问题以及通讯问题进行了讨论,提出了水下滑翔机技术的发展方向建议。     

试验型水下滑翔机的动力学分析及实验

水下滑翔机是一种新型的无推进装置的水下运载器,它是由净浮力来驱动的,同时通过内部的直线驱动器来改变重心的位置以实现姿态的调节。对于大多数水下滑翔机,浮力机构是通过改变自身排水体积来实现的,文中介绍了一种变重量的水下滑翔机的设计、动力学分析以及实验过程,该浮力调节机构主要由单向水泵和三位五通电磁阀组成,最大下潜深度为30米。文中介绍了水下滑翔机的运动方程和动力学特性,并且给出了在稳定时刻的解,并且通过计算流体力学的方法对水下滑翔机的水动力特性进行了分析。仿真和实验结果证明了该水下滑翔机的可靠性及实用性。     

无人水下航行器分布式运动控制系统设计与仿真验证

针对传统采用RS422通信的集中式管理中心任务过重、可靠性差、抗干扰能力差等缺点,设计开发一种基于CAN总线的无人水下航行器分布式控制系统。与传统的集中式控制系统相比,该控制系统可以更容易地接入功能模块且无须对现有硬件进行重新设计,具有很好的可扩展性,并充分考虑了该航行器的安全性及可靠性问题。首先,给出分布式控制系统的构建方案,再针对核心PC104控制管理中心给出主要控制模型方法,随后通过建立空间运动方程,完成对控制系统的模型建设和控制器软硬件设计工作,并通过实验室数字仿真和半实物仿真进行验证。结果表明,该控制系统具有性能稳定、传输效率高等特点,能够满足无人水下航行器的使用要求。     

某型水下航行器控制方案的半实物仿真

在以ＶＡＸｌａｂ计算机为主机的小型通用动力学半实物仿真系统上对某型水下航行器的运动进行了半实物仿真。给出了半实物仿真系统的基本组成和工作原理，讨论了水下航行器运动的仿真模型和实时积分算法。结果表明，该仿真系统结构合理，精度高，可靠性好，所采用的控制方案可使其满足使用要求，达到了预期的目的。     

水下机器人运动控制与仿真的数学模型

本文首先确定了水下机器人六自由度空间运动模型，为了便于在控制与仿真中应用，本文借助matlab平台，将水下机器人的六个自由度的方程转换为矩阵乘形式，然后结合水下机器人的环境仿真，推力器仿真，舵翼仿真，建立了水下机器人六自由度运动记真器。最后用该仿真器进行了运动仿真，仿真结果与海上试验吻合得很好，表明该仿真系统是符合实际的，该仿真系统采用一种普遍实用的数学模，精度较高，适用于任何类型的水下机器人，对研究水下机器人操纵与控制有很大现实意义。     

水下热滑翔机的温差能热机性能分析与相变材料选择

相变材料作为温差能热机的工作流体,其热力学状态对周围海水温度非常敏感,且其融点对水下热滑翔机的运行范围影响很大.基于焓法模型,在不同大洋温度剖面下,对以3种相变材料为工作流体的温差能热机进行性能分析;并考虑到不同大洋温度剖面的特点,为温差能热机选择合适的相变材料,以拓宽水下热滑翔机的应用范围.结果表明：在给定的大洋温度剖面下,3种工作流体的相变过程时间不同;以正十五烷为温差能热机工作流体的水下热滑翔机具有更广的运行范围.     

一种高容积阻力比水下热滑翔机壳体外形设计

海洋温跃层的温差小,可利用的温差能的能量品质低,水下热滑翔机的热机效率较低,因此需要寻找最低阻力特性的热滑翔机壳体外形。利用水动力数值计算方法,分析了水下热滑翔机4种壳体外形的阻力成因和各自的优缺点,并采用2种不同的求解器对4种壳体外形阻力进行数值计算,不同求解器的计算结果最大偏差小于5%。提出了一个"容积阻力比"的无量纲系数,以此作为评判水下热滑翔机壳体外形综合性能的指标;将纺锤体外形与椭球体首尾外形的优点相结合,提出了水下热滑翔机的新型壳体外形。相比先前讨论的4种壳体外形,该外形具有最大的容积阻力比系数,表明该外形设计在水下热滑翔机的低阻特性与装载能力2种性能之间取得了较好的平衡和兼容。