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摘要
为了合理地设计大型深海自主水下航行器（autonomous underwater vehicle, AUV），针对其无动力螺旋下潜时的静力配置问题展开研究，重点分析其无动力螺旋下潜运动特性。首先，基于拉格朗日方程推导了大型深海AUV的动力学模型，并利用CFD(computational fluid dynamics，计算流体动力学)软件对其直航试验、斜航试验、悬臂水池试验和平面运动机构试验进行数值模拟，通过最小二乘线性回归法拟合得到了相应的水动力系数；同时通过对比给定推力条件下AUV的直航速度验证了动力学模型的有效性。然后，基于所构建的动力学模型，利用MATLAB/Simulink和S函数建立了大型深海AUV的六自由度运动仿真模型，分析了其净负浮力、重心纵向位移和稳心高度与无动力螺旋下潜稳态参数之间的关系。最后，设计了1∶10的大型深海AUV缩比样机，通过水池试验验证了动力学仿真结果的正确性。结果表明：净负浮力作为大型深海AUV下潜时的主要动力来源，决定了AUV的下潜速度和偏航角速度；净负浮力和重心纵向位移与稳心高度的比值越大，AUV的垂向下潜速度越快，下潜至6 000 m深度的用时越短；由于该AUV的体量较大，其纵倾角主要由重心纵向位移与稳心高度的比值决定，压载质量对重心位置和转动惯量的影响几乎可以忽略。研究结果可为大型深海AUV无动力螺旋下潜时的静力配置提供参考。
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单位中国科学院; 中国科学院沈阳自动化研究所; 机器人学国家重点实验室; 中国科学院大学
