张斌，宋保维

(西北工业大学 航海学院， 陕西 西安 710072)



驻留型UUV锚泊系统运动建模与分析

张斌，宋保维

(西北工业大学 航海学院， 陕西 西安 710072)

摘要：针对驻留型水下航行器(UUV)锚泊系统对水流作用的运动响应问题，依据欧拉-伯努利梁理论，建立了包括弯矩作用在内的锚链三维运动模型，并使用四元数代替欧拉角来描述锚链姿态，以消除某些特殊情况下因锚链姿态大幅度变动或个别欧拉角不确定性导致的运动方程奇异现象，然后通过适当的边界条件，将UUV、锚链和锚块的运动控制方程耦合起来，采用有限差分方法对系统耦合运动模型进行数值离散处理通过牛顿-拉夫逊方法迭代求解整个锚泊系统的运动响应。使用Hopland拖曳试验数据对模型进行实例对比验证。结果表明：这种建模方法可以取得良好的准确性与计算效率，在此基础上模拟仿真得到了周期变动水流作用下的UUV位置及姿态的响应情况为锚泊系统的正常工作提供理论依据。

关键词：水下航行器；锚泊系统；动态分析；有限差分方法；姿态四元数；模型仿真

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1390.u.20160127.1137.030.html

在海洋资源探测、地形地貌测量及军事反潜作战中，需要UUV在某一特定海域进行探测或监测工作，为保证UUV维持其空间位置并保持良好的姿态，必须时刻通过推进器对UUV进行控制，从而消耗掉大量能源，无法达到长时间监测或探测的目的。为了解决UUV续航能力差、工作时间短的局限性，通过锚链将UUV与锚块连接起来，组成驻留UUV锚泊系统，使UUV处于水下一定深度并维持其静平衡状态[1]，减少能源消耗。……