基于微分幾何理論的水下航行器動力學研究.pdf

1、水下航行器作為一種新型的水下勘測平臺,在軍事和民用領域有著巨大的發(fā)展前景。在水下航行器動力學分析中往往將航行器與其周圍的流體介質視做一個機械系統(tǒng)。航行器在運動過程中通過與流體介質相互作用,完成相應的動作。由于水下航行器周圍的流體介質存在阻尼,兩者相互作用機理比較復雜,航行器與周圍流體介質組成一個非線性、強耦合的機械系統(tǒng)。
　　本文在課題組以往研究的基礎上,從能量的觀點出發(fā),通過引入微分幾何方法對水下航行器進行建模分析,得到水下航行

2、器基于微分幾何理論的動力學模型。以課題組研發(fā)的混合驅動水下滑翔器和矢量推進式水下自主航行器為分析對象,通過對具體的航行器系統(tǒng)進行研究,代入到動力學模型中,進行水下航行器空間六自由度運動學、動力學數(shù)值仿真分析。通過將仿真分析結果和湖試、海試試驗對比,驗證動力學模型的正確性,為后續(xù)研究基于微分幾何理論的控制系統(tǒng)提供動力學模型。
　　本文的主要研究成果如下:
　　1.針對水下航行器在流體介質中運動的特點,從能量的角度出發(fā),推導出通

3、用的水下航行器動力學方程。水下航行器作為一種特殊的機械系統(tǒng),由其質量矩陣引入黎曼度量,對水下航行器的動力學模型進行幾何推導,得到水下航行器基于微分幾何理論的動力學模型。
　　2.通過對混合驅動水下滑翔機PETREL-II系統(tǒng)分析,得到其簡化系統(tǒng)模型,將簡化系統(tǒng)模型受力情況代入到動力學模型中,進行仿真分析。仿真結果與試驗數(shù)據(jù)對比,驗證了模型的正確性。
　　3.通過對矢量推進式水下自主航行器系統(tǒng)分析,得到該系統(tǒng)的簡化模型,將該系