本文關(guān)鍵詞：基于微分幾何理論的水下航行器動(dòng)力學(xué)研究

  更多相關(guān)文章： 水下航行器 動(dòng)力學(xué)建模 微分幾何 數(shù)值仿真

【摘要】：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，將該系統(tǒng)受力情況帶入到動(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。
【關(guān)鍵詞】：水下航行器 動(dòng)力學(xué)建模 微分幾何 數(shù)值仿真
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U661.3;U674.941
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-21
• 1.1 引言9-10
• 1.2 無(wú)人水下航行器的研究發(fā)展?fàn)顩r10-19
• 1.2.1 水下自主式航行器發(fā)展?fàn)顩r10-15
• 1.2.2 水下滑翔器發(fā)展?fàn)顩r15-18
• 1.2.3 微分幾何理論在水下航行器的研究狀況18-19
• 1.3 研究目的與意義19
• 1.4 本文研究的主要內(nèi)容19-21
• 第二章 水下航行器動(dòng)力學(xué)建模21-35
• 2.1 引言21
• 2.2 水下航行器系統(tǒng)描述21-27
• 2.2.1 坐標(biāo)系統(tǒng)描述21-23
• 2.2.2 坐標(biāo)系統(tǒng)變量定義23-24
• 2.2.3 水下航行器坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換關(guān)系24-27
• 2.3 水下航行器動(dòng)力學(xué)模型建立27-34
• 2.3.1 空間自由剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)表達(dá)28-29
• 2.3.2 水下航行器運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)表達(dá)29-31
• 2.3.3 水下航行器動(dòng)力學(xué)表達(dá)31-34
• 2.4 本章小結(jié)34-35
• 第三章 混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔器動(dòng)力學(xué)特性分析35-52
• 3.1 引言35
• 3.2 混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔器系統(tǒng)模型分析35-38
• 3.2.1 混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔器系統(tǒng)構(gòu)成與布局35-37
• 3.2.2 混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔器系統(tǒng)抽象模型37-38
• 3.2.3 混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔器系統(tǒng)簡(jiǎn)化38
• 3.3 混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔器動(dòng)力學(xué)模型建立38-44
• 3.3.1 混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔器受力分析38-44
• 3.4 混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔器運(yùn)動(dòng)分析44-51
• 3.4.1 混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔器鉛垂面運(yùn)動(dòng)分析44-48
• 3.4.2 混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔器空間運(yùn)動(dòng)分析48-51
• 3.5 本章小結(jié)51-52
• 第四章 矢量推進(jìn)水下自主航行器動(dòng)力學(xué)特性分析52-63
• 4.1 引言52
• 4.2 矢量推進(jìn)式水下自主航行器系統(tǒng)模型分析52-55
• 4.2.1 矢量推進(jìn)式水下自主航行器系統(tǒng)構(gòu)成與布局53-54
• 4.2.2 矢量推進(jìn)式水下自主航行器系統(tǒng)模型簡(jiǎn)化54-55
• 4.3 矢量推進(jìn)式水下自主航行器動(dòng)力學(xué)模型建立55-59
• 4.3.1 矢量推進(jìn)式水下自主航行器受力分析55-59
• 4.4 矢量推進(jìn)式水下自主航行器運(yùn)動(dòng)分析59-62
• 4.4.1 矢量推進(jìn)式水下自主航行器鉛垂面運(yùn)動(dòng)分析59-61
• 4.4.2 矢量推進(jìn)式水下自主航行器水平面運(yùn)動(dòng)分析61
• 4.4.3 矢量推進(jìn)式水下自主航行器空間運(yùn)動(dòng)分析61-62
• 4.5 本章小結(jié)62-63
• 第五章 水下航行器湖試和海試研究63-71
• 5.1 引言63
• 5.2 混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔器湖試和海試研究63-67
• 5.2.1 混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔器剖面滑翔運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)研究64-66
• 5.2.2 混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔器定深航行運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)研究66-67
• 5.3 矢量推進(jìn)式水下自主航行器海試研究67-70
• 5.3.1 矢量推進(jìn)式水下自主航行器渤海海試研究68-70
• 5.4 本章小結(jié)70-71
• 第六章 結(jié)論與展望71-72
• 6.1 全文結(jié)論71
• 6.2 工作展望71-72
• 參考文獻(xiàn)72-76
• 發(fā)表論文和參加科研情況說(shuō)明76-77
• 致謝77

【參考文獻(xiàn)】

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中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

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本文編號(hào)：546294