深海載人潛水器動(dòng)力學(xué)建模研究及操縱仿真器研制.pdf

1、二十一世紀(jì)，人類(lèi)將在海洋大顯身手，將在深海大鬧革命。海洋是遠(yuǎn)沒(méi)充分開(kāi)發(fā)的寶庫(kù)。海洋里的礦物、生物資源是陸地的1000倍，地球上約85％的物種生活在海洋?？梢哉f(shuō)，誰(shuí)控制了深海，誰(shuí)就掌握了未來(lái)世界的資源。我國(guó)是一個(gè)占世界總?cè)丝谖宸种坏娜丝诖髧?guó)。然而，就我國(guó)的人均資源擁有量來(lái)衡量，我國(guó)是一個(gè)資源貧國(guó)。為了中華民族的持續(xù)繁榮發(fā)展，我國(guó)必須拓展深海資源和能源基地。而深海資源的勘探、開(kāi)發(fā)、利用需要高科技的深海裝備。研究開(kāi)發(fā)我國(guó)自己的深海載人運(yùn)載器

2、，縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)差距，對(duì)于保證我國(guó)長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
　　 本文選題來(lái)源于國(guó)家“十五”863重大專(zhuān)項(xiàng)“7000米載人潛水器”(批準(zhǔn)號(hào)：2002AA401002)，在課題組已有的試驗(yàn)與設(shè)計(jì)資料基礎(chǔ)之上，圍繞深海載人潛水器運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)、潛水器機(jī)械手系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模與仿真、深海載人潛水器操縱仿真器開(kāi)發(fā)，采用理論分析、試驗(yàn)測(cè)量和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法進(jìn)行研究和開(kāi)發(fā)。
　　 由于載人潛水器在使命任務(wù)、主尺度、外形和水動(dòng)

3、力布局等方面潛艇、潛水器(ROV、AUV)等深潛航行器相比，存在較大差異，因此對(duì)其水動(dòng)力特性和機(jī)動(dòng)性能要求有很大不同，在研究背景和內(nèi)容上，本文的研究很有現(xiàn)實(shí)意義，具有開(kāi)拓性，可為該領(lǐng)域的進(jìn)一步研究奠定很好的基礎(chǔ)。根據(jù)研究?jī)?nèi)容，本文的主要貢獻(xiàn)和創(chuàng)新點(diǎn)在于：
　　 1.綜合豐富的拘束船模試驗(yàn)資料，建立了適用于不同運(yùn)動(dòng)工況的水動(dòng)力計(jì)算模型，綜合得到了描述載人潛水器六自由度空間運(yùn)動(dòng)的一般方程式。通過(guò)數(shù)值仿真，預(yù)報(bào)了載人潛水器的各項(xiàng)常規(guī)操

4、縱性能，得到了合理的計(jì)算結(jié)果。研究結(jié)果為深海載人潛水器常規(guī)機(jī)動(dòng)性能的理論預(yù)報(bào)研究、數(shù)值仿真和系統(tǒng)設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。
　　 2.根據(jù)模型試驗(yàn)資料，通過(guò)回歸分析，得到了描述載人潛水器在全漂角和全攻角范圍內(nèi)的水動(dòng)力模型，并用于載人潛水器特殊機(jī)動(dòng)性能的理論預(yù)報(bào)研究；研究結(jié)果已在深海載人潛水器系統(tǒng)設(shè)計(jì)中得到應(yīng)用。
　　 3.根據(jù)HOV裝備的水下機(jī)械手設(shè)計(jì)資料，提出了HOV水下機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型，綜合上面得到的HOV運(yùn)動(dòng)的一

5、般方程式，得到了描述HOV-機(jī)械手系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型。仿真計(jì)算結(jié)果顯示了HOV-機(jī)械手系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的有效性，并在深海載人潛水器系統(tǒng)研發(fā)中應(yīng)用，取得了良好的效果。
　　 4.提出了載人潛水器操縱仿真器體系結(jié)構(gòu)及載人潛水器運(yùn)動(dòng)操縱仿真數(shù)學(xué)模型，并應(yīng)用于7000米載人潛水器操縱仿真器的研制中。該操縱仿真器是一套人在回路中的實(shí)時(shí)視景仿真系統(tǒng)；它首次建立了載人潛水器操作和運(yùn)動(dòng)的模擬環(huán)境，可綜合評(píng)估載人潛水器的操縱運(yùn)動(dòng)性能；建立了載人

6、潛水器駕駛員陸上模擬訓(xùn)練條件，能使駕駛員身臨其境，獲得強(qiáng)烈的浸深感，使駕駛員在進(jìn)入實(shí)艇駕駛前熟悉潛水器的性能、操作模式和操作環(huán)境。利用該操縱仿真器對(duì)潛航員進(jìn)行的操作培訓(xùn)，獲得了良好的訓(xùn)練效果，具有很好的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 5.首次提出深海載人潛水器操縱技巧評(píng)價(jià)體系，用于檢驗(yàn)和考核深海載人潛水器駕駛?cè)藛T的操縱技巧，可綜合考慮多個(gè)因素或多個(gè)指標(biāo)，并在潛航員模擬培訓(xùn)和水池訓(xùn)練中被采用，在考核潛航員操縱技能、提高培訓(xùn)水平上發(fā)揮了很好的作用