大深度浮力驱动式水下运载器运动预报研究

发布时间：2020-07-30 19:47

【摘要】：随着国家海洋战略的不断发展,海洋建设及科考的地位日益凸显。无论是海洋资源的获取,或是海洋科学研究,仅局限于浅海近海已经无法带来足够的价值,走向深蓝逐渐成为了海洋发展的趋势。另一方面,水下运载器以浮力作为动力有着低能耗、低噪音、低成本的优势,非常适合海洋考察与勘探的任务。所以,需要开发适用于深海,并且以浮力为主要驱动力的大深度浮力驱动式水下运载器(Deepwater Buoyancy-Driven Underwater Vehicle,DBDUV),以此适应深海海洋科考与勘探的需要。在大深度浮力驱动式水下运载器的作业过程中,最主要的运动形式是上浮与下潜。对其在浮力和重力作用下的上浮与下潜运动进行预报,是在设计阶段与实际的操作过程中保障其释放与回收过程顺利完成的关键,也是进一步研究姿态调整、路径规划等控制问题的基础。针对大深度浮力驱动式水下运载器的运动预报,论文提出了水下运载器运动的快速预报方法,并对它的运动规律及其影响因素进行了系统性的研究。具体包含如下几方面:1)针对大深度浮力驱动式水下运载器的垂直上浮与下潜运动,通过动态数值仿真方法进行了预报研究,探索了它进行垂直上浮与下潜运动时的运动情况随时间的变化关系;2)提出了水下运载器垂直运动的快速预报方法,并通过快速预报方法对大深度浮力驱动式水下运载器的垂直上浮与下潜运动以及影响其运动情况的主要因素进行了研究;3)对垂直运动快速预报方法进行改进,将其运用于水下运载器的空间运动的预报,提出了水下运载器空间运动快速预报方法;并利用该方法对大深度浮力驱动式水下运载器的空间上浮与下潜运动以及影响其运动的主要因素进行了研究;4)通过模型试验,对大深度浮力驱动式水下运载器的垂直上浮与空间上浮运动进行了研究;并将试验结论与数值仿真所得出的结论进行对比,验证了数值仿真所得出结论的准确性,以及所提出的快速预报方法的有效性。论文基于以上研究内容,得出如下结论:1)快速预报方法对于大深度浮力驱动式水下运载器的运动预报具有高效性与灵活性,可以快速全面地对其运动以及影响运动的因素进行研究;同时,快速预报方法的准确性得到了模型试验的验证,是研究大深度浮力驱动式水下运载器运动的有效方法;2)大深度浮力驱动式水下运载器自身比重与舵转角的变化会很明显地改变水下运载器浮潜运动随时间变化的情况与达到稳定时的状态,以及在空间运动中做水平方向运动的能力;3)发射初速度、流体密度跃层以及横向水流的扰动对于大深度浮力驱动式水下运载器的浮潜运动情况的影响有限,不会影响运动的稳定平衡状态,也不会在整体层面上影响运动的规律;这说明了大深度浮力驱动式水下运载器的运动具有稳定性。
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U674.941
【图文】：

开采过程,水下运载器,母船,矿产资源

现有针对油气资源的开采与勘探方式并不适用，需要能够在深度水下运载器潜至海底进行矿产资源的开采。利用水下运载源勘探、开采与科学研究时，用母船将水下运载器运至开采地下运载器释放；水下运载器潜入海底后，对矿产资源进行开采回到母船附近（如图 1-1 所示）。

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流体流动的常用研究方法相互配合的关系

操作流程,数值仿真

图 2-2 数值仿真操作流程Fig.2-2 Process of numerical simulation景分析与定义分析与定义指在进行数值仿真的建模之前，需要对实际工程对象）有足够的了解，包括实际项目的规划、周围的环境、工。有了对场景足够的分析与了解，后续的所有工作才能以此真模型建立了实际工程问题之后，就需要据此建立仿真模型。仿真模型际问题而又高于实际问题，即需要尽可能多地体现实际问题构、环境因素等，又能大胆地对一些次要的细节进行适当确与成本的平衡。模型建立一般通过 CAD、SolidWorks 等建模软件完成，一直接在 ICEM、Gambit 等前处理软件中直接完成。

【参考文献】