李德军，赵桥生，何春荣，杨申申，彭 超，王 磊，张 伟

(中国船舶科学研究中心 深海载人装备国家重点实验室，江苏 无锡 214082)

0 引 言

潜水器一般可分为载人潜水器（Human Occupied Vehicles，HOVs）、有缆遥控水下机器人（Remotely Operated Vehicles，ROVs）和水下自治机器人（Autonomous Underwater Vehicles，AUVs）[1]，而载人潜水器，特别是深海载人潜水器，是海洋开发的前沿与制高点之一。目前中国、美国、法国、俄罗斯、日本拥有世界上仅有的几艘深海载人潜水器，其中我国比较典型的载人潜水器是“蛟龙”号，“蛟龙”号是目前世界上下潜最深的作业型载人潜水器[2-7]。2012 年，“蛟龙”号成功实现了下潜深度7 062 m 的六自由度运动、悬停定位通信、探测、感知和取样作业[8]。

载人潜水器相对其他潜器而言，其外形较大且复杂，其动力学模型高度非线性耦合，因此对其数学模型的试验验证更有意义。目前国内外研究未有在公开文献对载人潜水器动力学模型进行试验验证，本文以“蛟龙”号载人潜水器为研究对象，选取大洋38 航次第3 航段中的第149 次和第151 次试验数据进行仿真计算，通过与试验结果反馈对比，验证其六自由度模型。

1 载人潜水器运动仿真数学模型

1.1 运动学模型

研究载人潜水器的六自由度运动时，通常采用通用坐标系，建立2 个坐标系：一个定义为惯性坐标系，其固定于地球，又称地球坐标系；另一个定义为随体坐标系，其固定于潜水器，又称潜水器坐标系，2 种坐标系均采用右手系。

通过惯性坐标系与潜水器坐标系的转换，可得到载人潜水器的空间运动学模型[9]：

1.2 动力学模型

可以把载人潜水器看作为一个刚体，对其进行受力分析，采用刚体运动动量定理和动量矩定理，可得到潜水器空间六自由度方程[10]。……