剪切流傳感器與水下滑翔機集成應(yīng)用研究.pdf

1、海洋湍流對研究海洋中微觀和宏觀運動有重要意義,剪切流傳感器是目前測量海洋湍流的最有效工具。作為一種新型傳感器搭載平臺，水下滑翔機的出現(xiàn)為海洋湍流測量提供了新的契機。由于水下滑翔機具有能耗低、續(xù)航能力強等優(yōu)點，將剪切流傳感器與水下滑翔機進行集成應(yīng)用，可使得長時序、大范圍的湍流測量成為可能。
　　本文針對剪切流傳感器與水下滑翔機的有效集成問題，進行如下研究工作。首先，考慮到剪切流傳感器工作要求和滑翔機運動特點，對測量系統(tǒng)進行系統(tǒng)集成條

2、件分析和整體設(shè)計。其次，分析搭載方式和位置對湍流測量的影響，確定湍流測量系統(tǒng)在滑翔機上的最佳搭載方式和位置，并進行基于湍流測量的水下滑翔機運動特性分析，同時分析了運動控制量對運動狀態(tài)參數(shù)的影響。同時考慮到測量平臺的振動會影響測量結(jié)果的準確性，使用相干函數(shù)分析振動信號，并采用頻響函數(shù)進行濾波，提高了測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)準確度。最后通過水池實驗和海域?qū)嶒烌炞C搭載剪切流傳感器后滑翔機的運動性能及湍流測量的準確性。
　　本文主要研究成果包括：<

3、br>　　對湍流測量系統(tǒng)進行系統(tǒng)集成條件分析及整體設(shè)計。一方面，為了滿足剪切流傳感器的正常工作要求，分析了測量系統(tǒng)集成過程中對水下滑翔機的約束，主要包括滑翔速度、共振頻率、攻角等。另一方面，對湍流測量系統(tǒng)的關(guān)鍵電子元器件進行選型分析以及對外壓殼體進行設(shè)計。
　　使用計算流體力學方法分析不同的安裝方式和安裝位置對湍流測量的影響，確定安裝位置，并通過經(jīng)濟性和穩(wěn)定性指標選擇較好的安裝方式。針對搭載有湍流測量系統(tǒng)的水下滑翔機，基于動量定理

4、和動量矩定理進行動力學建模，獲得水下滑翔機在縱垂面內(nèi)典型鋸齒運動的動力學方程，并進行運動仿真，獲得控制量與狀態(tài)參數(shù)的關(guān)系。
　　研究了測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法，提高了數(shù)據(jù)準確度。運用相干函數(shù)分析振動信號與湍流信號的關(guān)系，評估振動信號在不同頻段對湍流信號的影響程度，并通過頻響函數(shù)去除振動信號，從而獲得準確的湍流數(shù)據(jù)。將原始湍流信號和去除振動干擾后的湍流信號波數(shù)譜分別與Nasmyth譜對比，評定該分析方法的準確性。
　　研制出湍流測