基于微分幾何理論的水下航行器動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、水下航行器作為一種新型的水下勘測(cè)平臺(tái),在軍事和民用領(lǐng)域有著巨大的發(fā)展前景。在水下航行器動(dòng)力學(xué)分析中往往將航行器與其周圍的流體介質(zhì)視做一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)。航行器在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中通過(guò)與流體介質(zhì)相互作用,完成相應(yīng)的動(dòng)作。由于水下航行器周圍的流體介質(zhì)存在阻尼,兩者相互作用機(jī)理比較復(fù)雜,航行器與周圍流體介質(zhì)組成一個(gè)非線性、強(qiáng)耦合的機(jī)械系統(tǒng)。
　　本文在課題組以往研究的基礎(chǔ)上,從能量的觀點(diǎn)出發(fā),通過(guò)引入微分幾何方法對(duì)水下航行器進(jìn)行建模分析,得到水下航行

2、器基于微分幾何理論的動(dòng)力學(xué)模型。以課題組研發(fā)的混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔器和矢量推進(jìn)式水下自主航行器為分析對(duì)象,通過(guò)對(duì)具體的航行器系統(tǒng)進(jìn)行研究,代入到動(dòng)力學(xué)模型中,進(jìn)行水下航行器空間六自由度運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)數(shù)值仿真分析。通過(guò)將仿真分析結(jié)果和湖試、海試試驗(yàn)對(duì)比,驗(yàn)證動(dòng)力學(xué)模型的正確性,為后續(xù)研究基于微分幾何理論的控制系統(tǒng)提供動(dòng)力學(xué)模型。
　　本文的主要研究成果如下:
　　1.針對(duì)水下航行器在流體介質(zhì)中運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn),從能量的角度出發(fā),推導(dǎo)出通

3、用的水下航行器動(dòng)力學(xué)方程。水下航行器作為一種特殊的機(jī)械系統(tǒng),由其質(zhì)量矩陣引入黎曼度量,對(duì)水下航行器的動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行幾何推導(dǎo),得到水下航行器基于微分幾何理論的動(dòng)力學(xué)模型。
　　2.通過(guò)對(duì)混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)PETREL-II系統(tǒng)分析,得到其簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型,將簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型受力情況代入到動(dòng)力學(xué)模型中,進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比,驗(yàn)證了模型的正確性。
　　3.通過(guò)對(duì)矢量推進(jìn)式水下自主航行器系統(tǒng)分析,得到該系統(tǒng)的簡(jiǎn)化模型,將該系