《基於四元法AUV操縱性能回響的渦流邊界積分法的研究》是依託浙江大學，由陳振緯擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於四元法AUV操縱性能回響的渦流邊界積分法的研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：陳振緯
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
傳統潛水器操縱性能的實驗數據及計算所得的水動力導數，有很強的針對性，一旦幾何變化、相對幾何位置改變及工況環境變化，水動力係數則不堪構型設計上的性能評估的使用，因此有必要開發一個有效又省時的方法，應對幾何設計及工況的變化需要，快速估算潛水器主要的操縱性導數的回響。本研究方法將採用三維渦流邊界積分法求解滿足AUV系統動力質能守恆的拉普拉斯方程，結合申請者已實踐的六自由度沒有奇異點的四元法(Euler-Rodriguez Quaternion) 的AUV操縱運動控制模型，探求AUV幾何設計改變後的操縱性能以及具定向流的運動性能。AUV系統動力設計，包括主體、附屬翼及推進系統的初步設計。研究預期能發展一有效快速的三維渦流邊界積分法進行不同造型沒有奇異點的AUV運動性能分析。仿真結果將在浙大舟山校區操縱水池與浙大先前所研發的AUV原型作系統驗證，以求基於X3D及JAVA設計的AUV仿真系統之實效。
結題摘要
本研究完成發展四元法(Euler-Rodriguez Quaternion)為基礎的AUV操縱性能回響的渦流邊界積分法(Vortex-based Boundary Integral Method)(簡稱面元法)的套用，成為先進高效且能夠全方位地探索AUV運動控制性能的方法。項目發展出來的水動力分析方法，完成穩態、均勻、以及非穩態、非均勻入流對新型潛水器水動力的影響以及完成新型潛水器的斜航運動及迴轉運動的操縱性仿真。具體完成多個新型潛水器的設計分析及其附屬檔案的水動力設計，包括新型菱形翼水下滑翔機水動力造型設計，完成基於面元法的二維及三維的 NACA四字頭翼形及螺旋槳的性能參數化研究、完成新型AUV的水動力計算及全方位沒有奇異點的操縱運動仿真、完成新型碟形AUV-水下直升機的結構設計、基於面元法的附加質量、附加轉動慣量、波浪力等水動力計算以及結合基於CFD計算的黏性水動力導數，分析新型AUV的運動穩定性和耐波性; 完成自主開發的多工況AUV全方位運動控制性能仿真軟體。 本研究著手潛水器總體設計中，快速分析水動力外形及操縱性能的回響。套用本研究開發的面元法以及四元法分析各式新型AUV，包括碟形水下直升機(AUH)的穩態及非穩態的運動，完成基於面元法的新艇型和三維水翼及螺旋槳性能分析，是發展空泡性能模擬和邊界層分離(Separation)等理論設計分析的重要基礎。研究全方位分析AUV的多維沒有奇異點的運動仿真，建立四元法全方位穩態海流影響模型，完成AUV運動回響分析，結合基於CFD的黏性水動力導數計算分析運動穩定性和基於面元法的耐波性分析等方面，完成AUV總體設計重要的流體動力分析，有利高效地布放、回收及作業的設計載荷分析。完成研發三維網路潛水艇運動性能程式設計、軟體開發、專利申請。建立了四元法結合歐拉角法的六自由度水下直升機AUH運動路徑穩定性的時域分析方程。完成具有雙矢量螺旋槳差動的水下直升機AUH的運動仿真。研究方法進一步創造性整合面元法、四元法、歐拉角法、歐拉軸法及方向餘弦法於AUV的全方位運動仿真。項目成果對任意形狀的新型潛水器設計有具體的指導意義。
