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微小型水下机器人运动仿真研究

王波  
【摘要】: 近年来,随着海洋研究与开发的不断发展,水下机器人在军事和科学研究等方面的应用日益引起广泛的重视。微小型水下机器人以体积小,阻力小,隐身性能好,机动灵活,成本低,方便搭载等特点以及良好的应用前景而成为当前研究的热点。 研究水下机器人的水动力性能和操纵性能,建立运动仿真系统具有十分重要的意义。运动仿真平台的建立不仅有助于对水下机器人的运动性能进行综合评估,也可以为控制系统设计和调试提供平台,减少水池试验和外场试验的次数,节约成本。 本文以某微小型水下机器人为研究对象,首先建立空间六自由度运动的动力学方程,对求解运动方程所需的各项力进行分析。其次,通过带附体模型水动力试验及相关推算得到所需的艇体水动力系数,应用面元法计算了微小型水下机器人艇体的惯性类水动力,并将计算结果与实验结果进行了比较验证:基于解有升力问题的面元法计算得到微小型水下机器人舵翼的水动力性能和螺旋桨的推力和扭矩性能曲线。最后,建立运动仿真平台,分析微小型水下机器人运动性能,并给出各种典型运动的仿真曲线,对操纵性能进行预报。并且针对所研究对象的特点,将艇体水动力表达式进行简化,将应用简化水动力模型的仿真结果与简化前进行对比,验证了简化模型的可行性和正确性。


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