可變翼混合驅(qū)動水下滑翔機(jī)變翼系統(tǒng)設(shè)計與航行性能研究.pdf

1、混合驅(qū)動水下滑翔機(jī)作為傳感器搭載平臺，在海洋監(jiān)測領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。監(jiān)測任務(wù)的多樣化，對混合驅(qū)動水下滑翔機(jī)的航行性能提出了較高要求。航行經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性和機(jī)動性作為水下滑翔機(jī)重要的航行性能，在不同任務(wù)工況下，性能的重要程度會發(fā)生變化。例如在長時序定?；柽^程中，航行經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性是關(guān)鍵性能；當(dāng)滑翔機(jī)遇到障礙物，需要做轉(zhuǎn)彎運動時，機(jī)動性成為了短時間內(nèi)關(guān)鍵性能。當(dāng)前混合驅(qū)動水下滑翔機(jī)，采用的多是固定機(jī)翼，在一個航行階段，上述三種性能不能兼得，

2、自適應(yīng)能力較弱。為了提高滑翔機(jī)自適應(yīng)能力，本文提出了具有三種變體功能的可變翼混合驅(qū)動水下滑翔機(jī)，通過改變機(jī)翼展弦比、后掠角和翻轉(zhuǎn)角，提高在不同工況下的航行性能。論文取得了以下研究成果。
　　開發(fā)了可變翼混合驅(qū)動水下滑翔機(jī)變翼系統(tǒng)，設(shè)計獨立變翼艙段，與PetrelⅡ進(jìn)行有效集成。設(shè)計變翼機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)對分體機(jī)翼的驅(qū)動控制。將平面五桿機(jī)構(gòu)與平面雙平行四邊形機(jī)構(gòu)進(jìn)行綜合，實現(xiàn)輸出桿件二自由度的平移運動。對驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行耐壓和密封設(shè)計，對變翼系

3、統(tǒng)主要零部件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計。
　　完成了傳動系統(tǒng)運動學(xué)和動力學(xué)分析及仿真。利用旋轉(zhuǎn)矢量法，建立傳動系統(tǒng)的運動學(xué)正解方程。通過仿真，得到了輸出構(gòu)件的工作空間，驅(qū)動電機(jī)與可變機(jī)翼變體之間的定量關(guān)系。機(jī)翼展弦比變化范圍為6~8，后掠角變化范圍為0°~60°，機(jī)翼翻轉(zhuǎn)角變化范圍為0°~30°。通過求解運動學(xué)反解方程，推導(dǎo)出驅(qū)動電機(jī)的輸入特性，在已知輸出特性的情況下，對驅(qū)動電機(jī)的輸入進(jìn)行仿真?；诙囿w系統(tǒng)動力學(xué)基本理論，對傳動系統(tǒng)進(jìn)行多體動力

4、學(xué)建模。通過動力學(xué)仿真，得到驅(qū)動電機(jī)所需提供的力矩，為驅(qū)動電機(jī)的選型提供依據(jù)。
　　基于多體系統(tǒng)動力學(xué)理論，將可變翼混合驅(qū)動水下滑翔機(jī)看成由六個體組成的多體系統(tǒng)，構(gòu)建了多體系統(tǒng)的運動學(xué)和動力學(xué)模型。對滑翔機(jī)所受力：重力、浮力、螺旋漿推力、慣性流體動力和粘性流體動力，以及相應(yīng)力矩進(jìn)行詳細(xì)分析。
　　分析了航行性能評價指標(biāo)，利用變步長的四階Runge-kutta方法對滑翔機(jī)進(jìn)行空間運動仿真，并開展了實驗研究。針對定常滑翔運動、空