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混合驱动水下滑翔机的动力学特性及效率分析

李金翠  
【摘要】:传统水下滑翔机因其低速、机动性差的缺点,严重限制了其应用。而混合驱动水下滑翔机结合了传统水下滑翔机与AUV的特点,提高了水下滑翔机的速度与机动性,同时具有纯滑翔模式、混合驱动模式和水平直航模式三种不同的工作模式,扩大了水下滑翔机的应用范围。由于水下潜器的能源带载能力有限,如何综合利用三种工作模式达到最长的航程或在最短的时间内完成作业,是本文重点研究的问题。本文以传统的典型水下滑翔机为例,通过纵垂面内定常运动的动力学模型,对不同驱动模式下的纵垂面动力学特性及效率进行研究分析,并进行了试验验证。在此基础上,本文提出了一款大型混合驱动水下滑翔机,对其动力学特性、能量消耗、纵垂面的姿态调节方式进行了研究。研究结果对混合驱动水下滑翔机在不同作业及海况中的应用有指导意义,具体研究成果如下:(1)根据混合驱动水下滑翔机不同工作模式的动力学模型,求解出了有关参数的表达式,进而分析其动力学特性。根据混合驱动时滑翔机的动力学特性,提出混合驱动时提升速度的策略。(2)分别以单位航程耗能量和单位航程单位时间耗能量为指标,对传统小型混合驱动水下滑翔机不同工作模式下的效率进行分析,根据结果提出小型混合驱动水下滑翔机在不同作业任务中的驱动模式策略。(3)提出一款大型混合驱动水下滑翔机,对其外形进行设计,分析其基本性能,比较相对于小型混合驱动水下滑翔机的优势。进而对不同工作模式下驱动系统的能耗进行分析,提出大型混合驱动水下滑翔机深水作业条件下的驱动模式策略。(4)对所设计的大型混合驱动水下滑翔机俯仰姿态的两种调节方式进行研究,分析重浮心位置关系对平衡参数的影响,得出移动重物调节时最大净浮力下的垂向距离范围,舵调节时平衡参数与移动重物的不同。


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