水下航行器拖曳系统运动仿真研究

发布时间：2017-05-26 14:10

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【摘要】：水下拖曳系统作为一种高效的海洋探测平台,在深海探测开发中起着十分重要的作用。本文以我国深海装备技术与产业的发展需求为背景,对新兴的水下航行器拖曳系统动力学响应进行了研究,具有较大的工程应用价值和科学研究意义。首先,通过对前人关于拖曳系统的研究方法进行总结归纳,对比各方法优缺点及使用范围,最终确定采用集中质量法建模拖缆,建立其动态运动数学模型。讨论了尾部多种边界条件的运动模型,其中对于拖体尾端,使用六自由度方程对其建模,充分考虑了与拖缆的运动学和动力学耦合影响,同时给出了系统稳态运动数学模型。使用数值方法对数学模型进行求解,并根据前人的试验数据和仿真结果对本文数学模型和数值求解进行验证。其次,利用所建模型,对拖曳系统的稳态和铺缆运动进行仿真研究,就主要系统参数和运行环境对系统响应的影响进行分析,并应用所得结果为某水下航行器的近海底铺缆设计了海试方案。最后,对拖缆与拖体耦合系统的动态运动特性进行了仿真分析,给出了水下航行器在直航变速、垂向振荡和水平面内回转运动时系统的响应,总结系统运动规律,对实际应用中的操控调节具有指导意义。
【关键词】：水下航行器 拖曳系统 集中质量法 缆体耦合 数值模拟
【学位授予单位】：中国舰船研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U674.941
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 研究背景及意义9-11
• 1.1.1 研究背景9-11
• 1.1.2 研究意义11
• 1.2 拖缆研究综述11-16
• 1.2.1 数学模型建立形式综述13-15
• 1.2.2 数值解法研究综述15-16
• 1.3 海底铺缆研究综述16-17
• 1.4 本文主要研究内容及使用方法17-19
• 第二章 拖曳系统数学模型建立与数值求解19-48
• 2.1 前言19
• 2.2 基本假设条件19
• 2.3 坐标定义19-21
• 2.3.1 坐标系定义及角度说明20-21
• 2.3.2 坐标系间转换矩阵21
• 2.4 拖缆运动控制方程21-27
• 2.4.1 集中质量法数学模型22-27
• 2.4.2 运动边界条件27
• 2.4.3 拖缆初始条件27
• 2.5 尾端运动数学模型27-36
• 2.5.1 自由端边界条件27-28
• 2.5.2 海底铺缆边界条件28-29
• 2.5.3 水下拖体边界条件29-36
• 2.6 稳态运动数学模型36-38
• 2.6.1 稳态运动控制方程36-37
• 2.6.2 初始值方程37-38
• 2.7 数值求解及仿真验证38-47
• 2.7.1 稳态运动仿真验证39-43
• 2.7.2 动态运动仿真验证43-47
• 2.8 本章小结47-48
• 第三章 拖曳系统稳态运动研究及铺缆海试方案设计48-59
• 3.1 前言48
• 3.2 稳态运动仿真分析48-52
• 3.2.1 拖缆阻力系数影响49-50
• 3.2.2 拖曳速度影响50-51
• 3.2.3 非均匀海流影响51-52
• 3.3 近海底铺缆仿真应用52-58
• 3.3.1 铺缆方式选取53
• 3.3.2 仿真分析影响因素53-56
• 3.3.3 海试方案设计及海试概况56-58
• 3.4 本章小结58-59
• 第四章 拖曳系统动态运动研究59-68
• 4.1 前言59
• 4.2 系统参数及算法实现59-61
• 4.2.1 系统参数59-60
• 4.2.2 算法实现60-61
• 4.3 各种工况下系统动态运动响应61-67
• 4.3.1 水下航行器直航变速运动响应62-63
• 4.3.2 水下航行器振荡运动响应63-64
• 4.3.3 水下航行器回转运动响应64-67
• 4.4 本章小结67-68
• 第五章 总结与展望68-71
• 5.1 研究总结68-69
• 5.2 展望69-71
• 附录A71-73
• 致谢73-74
• 参考文献74-79
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 李英辉,李喜斌,戴杰,庞永杰,徐玉如;拖曳系统计算中拖缆与拖体的耦合计算[J];海洋工程;2002年04期

  本文关键词：水下航行器拖曳系统运动仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：397067