基于微分幾何理論的水下航行器動力學(xué)研究.pdf

1、水下航行器作為一種新型的水下勘測平臺,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)視做一個機械系統(tǒng)。航行器在運動過程中通過與流體介質(zhì)相互作用,完成相應(yīng)的動作。由于水下航行器周圍的流體介質(zhì)存在阻尼,兩者相互作用機理比較復(fù)雜,航行器與周圍流體介質(zhì)組成一個非線性、強耦合的機械系統(tǒng)。
　　本文在課題組以往研究的基礎(chǔ)上,從能量的觀點出發(fā),通過引入微分幾何方法對水下航行器進行建模分析,得到水下航行

2、器基于微分幾何理論的動力學(xué)模型。以課題組研發(fā)的混合驅(qū)動水下滑翔器和矢量推進式水下自主航行器為分析對象,通過對具體的航行器系統(tǒng)進行研究,代入到動力學(xué)模型中,進行水下航行器空間六自由度運動學(xué)、動力學(xué)數(shù)值仿真分析。通過將仿真分析結(jié)果和湖試、海試試驗對比,驗證動力學(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)提供動力學(xué)模型。
　　本文的主要研究成果如下:
　　1.針對水下航行器在流體介質(zhì)中運動的特點,從能量的角度出發(fā),推導(dǎo)出通

3、用的水下航行器動力學(xué)方程。水下航行器作為一種特殊的機械系統(tǒng),由其質(zhì)量矩陣引入黎曼度量,對水下航行器的動力學(xué)模型進行幾何推導(dǎo),得到水下航行器基于微分幾何理論的動力學(xué)模型。
　　2.通過對混合驅(qū)動水下滑翔機PETREL-II系統(tǒng)分析,得到其簡化系統(tǒng)模型,將簡化系統(tǒng)模型受力情況代入到動力學(xué)模型中,進行仿真分析。仿真結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)對比,驗證了模型的正確性。
　　3.通過對矢量推進式水下自主航行器系統(tǒng)分析,得到該系統(tǒng)的簡化模型,將該系