復雜構型水下機器人水動力導數及運動性能預報

褚洪貴， 王志東， 凌宏杰

(江蘇科技大學 船舶與海洋工程學院， 江蘇 鎮江 212003)

0 引 言

近年來，海底沉船搜尋與設備打撈、石油鉆井平臺安裝與維護、水庫大壩的監視與檢測，石油管道的敷設與噴漆、水下設施的清洗與重新涂裝等作業量日益增長，隨著科學技術迅速發展，水下機器人展現在大眾視野，得到了廣泛應用。為實現機器人在深水空間達到預期設計目標任務，必須準確獲取水動力系數，確保其具有良好的操縱性能[1-3]。本文對復雜構型開架式帶纜遙控水下機器人(Remote Operated Vehicle，ROV)進行水動力數值模擬研究。

隨著計算機和計算流體的發展，低成本、快速的數值模擬成為水動力求解的主要方式。張風麗[4]基于計算流體動力學(Computational Fluid Dynamics，CFD)技術求解雷諾時均N-S(Reynolds-Averaged Navier-Stokes，RANS)方程，數值模擬SUBOFF模型的拘束模試驗，得到精度較高的慣性水動力導數，可作為潛艇水動力導數數值預報方法。海燕[5]對輕載載人水下機器人(Human Occupied Vehicle，HOV)斜航及不同頻率、振幅下的純升沉和純俯仰運動進行水動力性能數值計算。漆小舟等[6]基于OpenFOAM軟件對萬米自主遙控水下機器人(Autonomous and Remotely Operated Vehicle，ARV)在不同漂角和攻角下進行數值斜航試驗，計算得到ARV的水動力(矩)，回歸得到水動力導數。

雖然相關學者[7-10]建立潛體數學模型并對水動力導數進行求解，但是對結構復雜且存在多體干擾的開架式水下機器人水動力導數求解甚少。張燕等[11]以形狀復雜的開架式有纜水下機器人作為研究對象，通過一系列水動力試驗，計算出適用于開架式水下機器人模型的幾個重要的實時水動力系數。……