水下滑翔机设计优化与运动分析

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水下滑翔机器人是一种基于滑翔原理的无外挂推进系统、仅依靠内置执行机构调整重心位置和净浮力来控制其自身运动状态的新型水下自治机器人,它利用水平升降翼在有攻角情况下产生的前进动力,进行锯齿形下潜和上浮;结合尾翼在有漂角的情况下产生的偏航力,实现空间螺旋运动。本项目在课题组前段工作的基础上,完成外形和横滚机构的设计优化。水下滑翔机的动力来源于净浮力,外形设计在保证装配要求的前提下,优化主载体型线,降低载体航行阻力;优化水平翼型线,提高升阻比,同时优化水下滑翔机的航行操纵性能。横滚机构调整重心的横向位置,产生横滚角,结合俯仰调节机构的作用,使水下滑翔机进入空间定常螺旋回转运动。通过对现有横滚方案进行分析比较,设计机械结构;并结合罗盘,设计横滚的反馈控制模块。对已经装配完成的水下滑翔机进行运动分析。利用稳定运动状态下水动力(升力、阻力、力矩)与净浮力、重力矩的相互抵消建立平衡方程。用fluent对水下滑翔机在不同速度、不同攻角下进行升力、阻力、力矩仿真,建立水动力与速度、俯仰角、攻角、偏航角的关系,从而得出输出量(速度、俯仰角、攻角、偏航角等)与可控量(重心轴向位移、横向位移,净浮力)的关系,建立完整的运动模型,为后续的运动控制提供参考。最终研制成功的水下滑翔机,通过搭载不同的传感器,水下滑翔机可以扩展成为多种海洋观测仪器的载体,被广泛的应用于军事侦察、资源探测、环境监测、生物观察、水体特性调查等各个方面。
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