深海載人潛水器動力學(xué)建模研究及操縱仿真器研制.pdf

1、二十一世紀(jì)，人類將在海洋大顯身手，將在深海大鬧革命。海洋是遠(yuǎn)沒充分開發(fā)的寶庫。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，誰控制了深海，誰就掌握了未來世界的資源。我國是一個占世界總?cè)丝谖宸种坏娜丝诖髧?。然而，就我國的人均資源擁有量來衡量，我國是一個資源貧國。為了中華民族的持續(xù)繁榮發(fā)展，我國必須拓展深海資源和能源基地。而深海資源的勘探、開發(fā)、利用需要高科技的深海裝備。研究開發(fā)我國自己的深海載人運載器

2、，縮短與發(fā)達(dá)國家的技術(shù)差距，對于保證我國長期可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
　　 本文選題來源于國家“十五”863重大專項“7000米載人潛水器”(批準(zhǔn)號：2002AA401002)，在課題組已有的試驗與設(shè)計資料基礎(chǔ)之上，圍繞深海載人潛水器運動的動力學(xué)、潛水器機械手系統(tǒng)動力學(xué)建模與仿真、深海載人潛水器操縱仿真器開發(fā)，采用理論分析、試驗測量和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法進行研究和開發(fā)。
　　 由于載人潛水器在使命任務(wù)、主尺度、外形和水動

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，因此對其水動力特性和機動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)實意義，具有開拓性，可為該領(lǐng)域的進一步研究奠定很好的基礎(chǔ)。根據(jù)研究內(nèi)容，本文的主要貢獻和創(chuàng)新點在于：
　　 1.綜合豐富的拘束船模試驗資料，建立了適用于不同運動工況的水動力計算模型，綜合得到了描述載人潛水器六自由度空間運動的一般方程式。通過數(shù)值仿真，預(yù)報了載人潛水器的各項常規(guī)操

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

5、般方程式，得到了描述HOV-機械手系統(tǒng)運動的動力學(xué)數(shù)學(xué)模型。仿真計算結(jié)果顯示了HOV-機械手系統(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)及載人潛水器運動操縱仿真數(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時視景仿真系統(tǒng)；它首次建立了載人潛水器操作和運動的模擬環(huán)境，可綜合評估載人潛水器的操縱運動性能；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，獲得強烈的浸深感，使駕駛員在進入實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潛航員進行的操作培訓(xùn)，獲得了良好的訓(xùn)練效果，具有很好的現(xiàn)實意義。
　　 5.首次提出深海載人潛水器操縱技巧評價體系，用于檢驗和考核深海載人潛水器駕駛?cè)藛T的操縱技巧，可綜合考慮多個因素或多個指標(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