孙秀军, 王 雷, 桑宏强

Petrel-II 200水下滑翔机动力学建模及仿真

孙秀军1,2,3, 王 雷1, 桑宏强4

(1. 河北工业大学 机械工程学院, 天津, 300130; 2. 中国海洋大学 物理海洋教育部重点实验室, 山东 青岛, 266100; 3. 青岛海洋科学与技术试点国家实验室 海洋动力过程与气候功能实验室, 山东 青岛, 266237; 4. 天津工业大学 机械工程学院, 天津, 300387)

国内对水下滑翔机动力学行为的研究多针对深海型及横滚转向机制, 而对浅海型、尾舵转向类型研究较少。基于此, 文中以Petrel-II 200浅海型水下滑翔机作为模型进行动力学建模及运动仿真分析, 并引入海流等干扰因素, 为浅海型水下滑翔机的运动形式提供参考。根据Petrel-II 200三维模型中各质量的相对运动关系将其质心简化为由多个质点组成的多刚体系统, 构造质心与质点之间的关系式; 基于动量及动量矩定理对Petrel-II 200进行动力学分析, 对水下滑翔机所受重力、驱动浮力以及水动力进行体坐标系转换, 并推算出完整的动力学方程, 明确了升阻比与回转半径表达式; 通过选取水下滑翔机物理、水动力学参数, 对锯齿、螺旋等典型运动进行仿真试验。该仿真结果验证了动力学模型的准确性和可靠性, 为后续Petrel-II 200水下滑翔机的运动性能优化和控制算法设计提供了良好的仿真平台。

水下滑翔机; 动力学建模; 动力学方程; 运动仿真

0 引言

水下滑翔机是一款不需要外挂推进系统的自主航行观测设备, 因其耗能低、跨度大等优点, 可用来实现长期海洋观测。针对水下滑翔机下潜深度及应用场合不同可将之划分为深海型与浅海型, 两者各有特点、优势互补, 具有不同的海洋观测应用范围。……