多自由度控制水下拖曳体水动力响应研究

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1、多自由度控制水下拖曳体水动力响应研究摘要：本文根据一种已提出的水下拖曳体三维水动力数学模型，利用FORTRAN语言重新编制计算程序，并通过与FLUENT软件对接实现水下拖曳系统六自由度的动态模拟。在该数学模型中，脐带缆的控制方程采用AblowandSchechter模型，拖曳体的水动力状态由GertlerandHargen六自由度运动方程来描述，拖曳体所受的水动力通过FLUENT软件求解N-S方程得到。计算结果表明：迫沉水翼、垂直尾翼控制都能比较灵活地控制水下拖曳体，这表明本文的数学模型和所采用的模拟方法能够比较准确地模拟出整个拖曳系

2、统在拖曳过程中的动力响应状态。本文所提出的数值分析方法可以为水下拖曳体的研发和改进提供一种前期设计准备的数值手段。关键词：水下拖曳体；迫沉水翼；垂直尾翼；运动响应HydrodynamicResponseAnalysisofUnderwaterTowedVehicleUnderMulti-Degree-of—FreedomControlJinXiao-dong,WuJia-ming(SchoolofTrafficandCommunications,SouthChinaUniv.ofTech・,Guangzhou510640)Abstra

3、ct：Inthispaper,accordinganunderwatertowedvehicle3Dhydrodynamicmathematicalmodel,andusingFORTRANlanguagetoprogram,andthroughdockingFLUNTsoftwaretocometruesix—degrees—freedomdynamicSimulationofunderwatertowedsystem.InthemathematicalmodeLAb1owandSchechtermodelisusedtotheco

4、ntrolequationofcable,anddraghydrodynamicstatebodyisdescribedbyGertierandHargensixdegreeoffreedommotionequation.Inthisstudy,thehydrodynamicwereobtainedbyFLUENTsoftwareforsolvingN~Sequation.TheresuItsindicatethat:depressingairfoil,verticalairfoilcontrolcanflexiblycontrolt

5、heunderwatertowedvehicle,whichindicatesthattheSimulationmethodandthemathematicalmodelcanaccuratelysimulatethestateofmotionresponseofthewholetowedsystemduringthetowing.Numericalanalysismethodproposedinthispapercanbeusedforthedevelopmentofimderwatertowedvehicleandprovides

6、anumericalmethodforpreliminarydesign.Keywords：underwatertowedvehicle；depressingairfoil；verticalairfoil；motionresponse1前言水下拖曳体是一种广泛应用于海洋研究、海洋监测与军事等领域的水下探测设备，它在海洋环境与海洋资源调查以及国防建设中有着特殊的用途。拖曳体通常由拖船进行拖曳，拖曳体内可根据不同用途搭载不同的海洋化学元素探测传感器或物理探测传感器。水下拖曳体要求在作业过程中具有快速灵活的轨迹与姿态调节与控制能力，要实现该

7、目的，首先必须要能够比较准确的对拖曳系统的水动力进行模拟与预测。如何在水下拖曳系统研究开发初期对其水动力进行预测和模拟，是能否开发成功新型水下拖曳体的关键。近年来，国内外研究人员对水下拖曳系统的水动力特性作了很多有益的探索和研究。目前，对水下拖曳系统的水动力特性的数值分析主要根据AblowandSchechter模型［1］建立拖曳电缆的运动控制方程，用GertlerandHargen的水下运载体六自由度方程［2］来描述拖曳体的水动力状态，然后通过边界条件进行耦合，建立拖曳系统的水动力数学模型，并进行编程模拟。但要实现拖曳体运动的准确计

8、算，关键是要准确地确定拖曳体的水动力。过去研究人员对拖曳体的水动力通常是通过经验公式估算，由于估算得到的水动力与实际之间存在较大误差值，使得模拟的结果往往会不甚准确。本文通过FORTRAN编程和FLUENT软件对拖曳系统