水下滑翔机器人水动力研究与运动分析
水下机器人的运动学与动力学建模
水下机器人的运动学与动力学建模随着现代技术的不断进步，水下机器人在海洋勘探、海洋工程、深海探测等领域发挥着重要作用。
而要实现水下机器人的精确控制，则需要对其运动学和动力学进行建模。
本文将探讨水下机器人的运动学和动力学建模方法。
一、水下机器人的运动学建模运动学主要研究物体的运动规律，对于水下机器人来说，其运动学模型可以通过描述其姿态、位置和速度等参数来实现。
一般而言，水下机器人的姿态可以通过欧拉角或四元数来描述，位置可以使用三维坐标表示，速度可以表示为线速度和角速度。
从几何角度来看，水下机器人的运动可分为平动和转动两种方式。
对于平动来说，可以使用直角坐标系描述机器人的位置变化，而转动则可以通过旋转矩阵或四元数描述机器人的姿态变化。
此外，水下机器人的运动学模型还需要考虑其各个关节和执行器之间的约束关系。
这些约束可以通过关节角度和关节速度等参数表示，从而实现对机器人运动的精确把控。
二、水下机器人的动力学建模动力学研究物体在受力作用下的运动规律，对于水下机器人来说，其动力学模型需要考虑机器人在水中受到的浮力、阻力、重力和推力等力的作用。
在水下环境中，浮力是一个重要的力，可以通过机器人体积和水密度等参数计算得出。
阻力则是因为水的粘性所产生，需要考虑机器人表面积、速度和水的粘滞系数等因素。
重力则是机器人所受的地球引力，可以根据重力加速度和机器人质量得出。
而推力则是通过机器人的推进器产生的作用力。
综上所述，水下机器人的动力学模型可以通过考虑上述各方面的力来建立。
利用牛顿第二定律和力的平衡条件，可以得出水下机器人的运动方程。
通过求解这些方程，可以得到机器人在不同外界作用力下的运动状态，为水下机器人的控制提供理论支持。
三、水下机器人运动学与动力学的关系水下机器人的运动学和动力学密切相关，运动学提供了机器人位置、姿态和速度等参数的描述，而动力学则研究了机器人在受力作用下的运动规律。
在实际应用中，水下机器人的运动学和动力学模型可以结合起来使用。
水下滑翔机水动力性能分析及滑翔姿态优化研究
Hydrodynamic analysis and optimization on the gliding attitude of the under water glider
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¨
式中 x 是沿 X 轴方向的加速度 , z 是沿 Z 轴方向的加
¨
速度 ,θ是旋转加速度 。
因此
马冬梅 ,等 :水下滑翔机水动力性能分析及滑翔姿态优化研究
705
( F - G) ·sinθ = D t gθ = D/ L ( F - G) ·co sθ = L → G = F - L / co sθ (2)
角增大呈现减少趋势外 ,其他来流速度下 ,随攻角增 角增大 ,机翼侧面靠后部分压力逐渐增高而接近外界
大呈现先增大后减小的趋势 。最大阻力在 4°攻角左 环境压力 ,致使机翼压阻力呈现减小趋势 。但当来流
右 ,这与总阻力随攻角变化的趋势大体相同 。说明翼 速度较大时 (0. 8 m/ s) ,尾部涡对在很小攻角时就开
图 5 不同速度下阻力随攻角变化曲线
为了分析阻力变化趋势以及在水下滑翔机各部 分阻力所占的比重 ,将计算结果中的阻力分解为艇体 摩擦阻力 、翼摩擦阻力 、艇体压阻力和翼压阻力 。结 果如图 6 所示 。
由图 6 中可以看出艇体摩擦阻力基本上是随攻
706
水 动 力 学 研 究 与 进 展 2007 年第 6 期
MA Do ng2mei , MA Zheng , ZHAN G Hua , YAO Hui2zhi
(China Ship Scientific Research Center , Wuxi 214082 , China)
滑翔式水下航行器的运动建模与分析
滑翔式水下航行器的运动建模与分析杨会涛;石秀华;刘飞飞;周杨【摘要】The underwater gliding vehicle is a kind of new autonomous underwater robot, which is based on the principle of gliding without plugin propulsion system, and relies on the built-in actuators to adjust the center of gravity and net buoyancy to control its motion. By the net buoyancy forced on the lifting wing, it gets a forward power when there is an attack angle. The underwater vehicle moves on forward along the jagged path in the setted depth. This paper analyses the gliding underwater vehicle motion, builds the gliding motion mathematical model, and calculates the relationship between the movement parameters and the variables. It also uses MATLAB/SIMULINK to make the underwater vehicle movement model and runs the simulation.%滑翔式水下航行器是一种基于滑翔原理的无外挂推进系统、仅依靠内置执行机构调整重心位置和净浮力来控制其自身运动状态的新型水下自治机器人.它在净浮力的作用下,利用水平翼在有攻角情况下产生的前进动力,在设定的深度范围内进行锯齿形前进.对滑翔式水下航行器进行运动机理分析,建立滑翔式水下航行器运动数学模型,并对滑翔式水下航行器定常运动状态下的运动参数与可控变量的关系进行仿真,利用MATLAB/SIMULINK建立滑翔式水下航行器模型对其运动进行仿真.【期刊名称】《计算机系统应用》【年(卷),期】2012(021)008【总页数】7页(P63-68,38)【关键词】滑翔式水下航行器;重浮力驱动;运动建模;SIMULINK【作者】杨会涛;石秀华;刘飞飞;周杨【作者单位】西北工业大学航海学院,西安710072;西北工业大学航海学院,西安710072;西北工业大学航海学院,西安710072;西北工业大学航海学院,西安710072【正文语种】中文滑翔式水下航行器是一种通过净浮力（净浮力是滑翔式水下航行器重力与浮力之差）驱动、装有固定翼的新型水下自主航行器。
水力气动力学研究及其在水下机器人中的应用
水力气动力学研究及其在水下机器人中的应用在深远的海底，水下机器人靠着其卓越的性能和功能，展现出了人类科技发展的最新成就。
其中，水力气动力学是它的核心技术之一。
那么，何为水力气动力学，它的研究方向和应用范围有哪些呢？水力气动力学简介水力气动力学是关于流体运动的力学，研究流体在不同条件下的运动规律和其物理特性，进而分析和解决有关于其运动的工程问题。
在水下机器人中，则主要涉及到水流速度、流量、水动力性能等。
由于在水下作业过程中，水力气动力学的起伏变化常常影响机器人的运动和稳定性，因此，它成为了水下机器人设计和制造不可或缺的核心技术之一。
水力气动力学研究方向1.流体流动规律的分析及解决水下机器人挤身于海底环境中，在海洋环境复杂多变的情况下，对于流场分布、流体动力及涡流等方面的研究，对于突破水下机器人的运动控制系统的局限十分重要。
流体流动规律的分析及解决，可以制定出更加精准的水下机器人运动控制方案，以及提高其运行稳定性。
2.水力动力学行为的研究针对水下机器人在水下作业过程中的涉水行为，可以开展复杂流场及涡量（一种流体相对运动形式）研究，以分析其在流体中的运动特点和行为规律，进而实现优化设计，改善操作手感和增加水下机器人自适应性。
3.流体的力学性质的研究流体力学性质的研究也是水下机器人中的关键因素之一。
通过对流体的物理特性进行分析，并确定流体流动参数，有助于设计出更加适应水下机器人运行环境的测量装置和构件。
水力气动力学在水下机器人中的应用1. 提高水下机器人的稳定性在水下作业过程中，流体所产生的阻力和推力会导致水下机器人的摆动。
水力气动力学的应用可以为水下机器人提供更加精确的动态模型，从而制定出更加精准的控制策略，以提高其运行的稳定性，保证工作质量。
2. 设计更高效的水下机器人水力气动力学的应用可以优化水下机器人的流体流动和涡旋运动，不仅能提高机器人的运行效率，更可以提高其作业效率和质量，降低生产成本。
3. 实现更广泛的水下应用场景水力气动力学的应用可以为水下机器人提供更加准确的监测和预测手段，可以更好地适应海底复杂多变的环境，实现更广泛的应用场景。
尺度水下滑翔机的机翼设计与水动力分析
实验尺度水下滑翔机的机翼设计与水动力分析宫宇龙，马 捷，刘雁集，张 凯（上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海 200030）摘 要：为获取优化的实验尺度水下滑翔机水平机翼外形，基于CFD 方法建立了滑翔机仿真模型。
分析了平板机翼各参数间的关系，结合滑翔机特性，将机翼的表征量简化为安装位置、后掠角、展长、展弦比和根梢比等5个设计参数。
通过对比分析各参数对升阻比的影响，提出了一种适用于实验尺度滑翔机的高升阻比水平机翼。
仿真研究了设计的机翼对滑翔机运动的影响，结果表明，滑翔机各状态变量快速收敛，保证了滑翔机在水池环境中的稳态滑翔时间。
关键词：水下滑翔机，平板翼型，机翼变量，FLUENT 仿真 中图分类号：U674.941 文献标志码：A 【DOI 】Flat Wing Designing and Hydrodynamic Analysis for theLaboratory Underwater GliderGONG Y u-long, MA Jie, LIU Yan-ji, ZHANG Kai(State Key Laboratory of Ocean Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200030, China)Abstract: T o get a better wing designing for the laboratory underwater glider , a simulation model was made based on CFD. After the analysis of different parameters of the wing and the characters of glider , the five parameters as position, angle, length of the wing, aspect ratio, root shoot ratio are selected to be compared for the designing. After the comparison, a plat wing with higher lift-drag ratio for the laboratory underwater glider was designed. The experiment with the new plat wing indicated that the new design worked better and guaranteed the stability of the underwater glider .Key words: underwater glider; plat wing design; wing parameters; FLUENT simulation0 引言实验尺度的滑翔机机体较小，可在常规水池内完成稳态滑翔运动，便于研究滑翔机的参数辨识与控制等。
水下机器人的动力学与运动控制研究
水下机器人的动力学与运动控制研究水下机器人是一种能够在水下自由移动、完成各种任务的机器人。
它广泛应用于海洋科学研究、海洋资源勘探、海洋环境监测、海底资源开发等领域。
为了实现水下机器人的动力学和运动控制，需要对其进行深入研究。
一、水下机器人的动力学水下机器人的动力学研究主要涉及到机器人的姿态控制与运动学分析。
姿态控制是指控制水下机器人的方向、俯仰角、滚转角等参数，以便于机器人在水中进行各种活动。
运动学分析主要涉及水下机器人在水中运动时的速度、加速度、弯曲程度等参数。
水下机器人的动力学研究包括机器人的机构设计、传动系统、动力系统、传感器的选择等方面。
在机构设计方面，一般选择独立式样、水平式样或者全封闭结构等。
在传动系统方面，可以采用电动、液压、水流等传动方式，根据使用需求来选择。
在动力系统方面，可以采用液压、电动、气动等方式，以实现机器人在水下的高速运动。
二、水下机器人的运动控制水下机器人的运动控制研究包括机器人的运动控制系统、控制算法、控制方法以及控制策略等。
机器人的运动控制系统一般包括传感器、控制执行系统、运动执行系统等，通过传感器采集机器人的运动状态，由控制执行系统进行控制，从而达到运动的目的。
在控制算法方面，可以采用遗传算法、模糊控制、神经网络等方法进行水下机器人的运动控制。
采用遗传算法可以实现机器人的全局搜索和优化，并能够适应复杂环境；模糊控制可以通过构造模糊规则表达人类经验和知识，实现对复杂系统的控制；神经网络控制则可以利用神经网络的自学习、自适应特性来实现控制。
在控制方法方面，主要包括基于位置的控制、基于速度的控制、基于力的控制等。
其中，基于位置的控制适用于机器人的轨迹跟踪和姿态控制问题；基于速度的控制可以用于波动补偿和速度稳定控制问题；基于力的控制则适用于物体的抓取、操作和清洗等任务。
在控制策略方面，主要包括开环控制、闭环控制、自适应控制、预测控制等。
其中，开环控制适用于对机器人的直接控制，但是无法应对环境变化；闭环控制适用于环境和外部条件不确定的情况下，可以通过反馈机制进行控制；自适应控制则适用于环境变化频繁的情况下，可以通过对环境的分析来实现动态控制；预测控制则可以通过对未来状态的预测来实现控制。
水下机器人的驱动技术研究与设计
水下机器人的驱动技术研究与设计一、引言水下机器人是一种能够在水下进行各种任务的机器人，包括水下勘探、沉船打捞、海底管线维护等。
随着科技的不断进步，水下机器人的应用越来越广泛。
本文将围绕水下机器人的驱动技术进行研究和设计。
二、水下机器人驱动技术的概述1. 水下机器人的驱动方式水下机器人的驱动方式包括推进器和滑翔机。
推进器的原理是通过电动机驱动螺旋桨或者喷口从而提供推力；滑翔机则是通过机翼的升力和重力之间的平衡来进行控制。
在不同的作业环境下，采用不同的驱动方式可以获得更好的效果。
2. 水下机器人的动力来源水下机器人的动力来源有很多，包括电缆供电、电池供电、燃料电池供电、太阳能供电等。
不同的动力来源有不同的特点和适用范围，需要根据实际需求进行选择。
三、水下机器人驱动技术的研究1. 推进器的优化设计推进器是水下机器人的核心部件之一，其性能的优良与否会直接影响水下机器人的运行效果。
目前，推进器的设计思路已经由传统的桨式推进转变为了喷口式推进和固定翼式推进。
这种变化一方面是由于新型材料的应用，另一方面则是由于在不同运行深度下的水动力特性的影响。
推进器的优化设计可以有效地提高推进效率和机器人的运行稳定性，从而获得更长时间的运行时间。
2. 滑翔机的设计及控制与传统的推进器不同，滑翔机是通过机翼的气动力效应来推进的。
控制滑翔机需要根据水流的速度和方向进行不断的调整，保持其在水下的平衡和稳定。
滑翔机的优化设计可以使其在飞行时更加平稳，并且可以在水下进行更长时间的勘探和探索。
四、水下机器人的驱动技术应用案例1. 油田勘探在海底的油田勘探中，水下机器人可以通过多种方式进行勘探作业，如水下摄像、声学探测、地磁勘探等。
在选取驱动方式和动力来源时需要考虑到运行环境的多样性和复杂性。
2. 海底管线维护海底管线维护是一项非常困难的任务，其需要进行复杂的工作如变焊、切割等。
水下机器人可以通过定位和遥控控制方式进行管道维修，在这种情况下应该选用喷口式推进方式以便更好的实现机器人速度和位置的掌控。
试验型水下滑翔机的动力学分析及实验
试验型水下滑翔机的动力学分析及实验曹俊亮;曹军军;赵宝强;姚宝恒;连琏【期刊名称】《船舶力学》【年(卷),期】2016(020)012【摘要】水下滑翔机是一种新型的无推进装置的水下运载器，它是由净浮力来驱动的，同时通过内部的直线驱动器来改变重心的位置以实现姿态的调节。
对于大多数水下滑翔机，浮力机构是通过改变自身排水体积来实现的，文中介绍了一种变重量的水下滑翔机的设计、动力学分析以及实验过程，该浮力调节机构主要由单向水泵和三位五通电磁阀组成，最大下潜深度为30米。
文中介绍了水下滑翔机的运动方程和动力学特性，并且给出了在稳定时刻的解，并且通过计算流体力学的方法对水下滑翔机的水动力特性进行了分析。
仿真和实验结果证明了该水下滑翔机的可靠性及实用性。
【总页数】12页(P1523-1534)【作者】曹俊亮;曹军军;赵宝强;姚宝恒;连琏【作者单位】上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海200240;上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海200240;海洋科学与技术青岛协同创新中心，青岛266000;上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海200240; 中国舰船研究设计中心，武汉 430064;上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海200240; 中国舰船研究设计中心，武汉 430064【正文语种】中文【中图分类】U674.941【相关文献】1.浮选动力学放大：实验室批次试验与试验厂生产对比 [J], Boura.,M;叶学龙2.锥型踏面和LM磨耗型踏面对大型养路机械动力学性能影响试验分析 [J], 陈政南;张天婴;张树鹏3.实验尺度无人水下滑翔机设计与试验 [J], 杨海;刘雁集;张凯4.装有液压互联悬架的某型SUV车辆动力学分析及路试验证 [J], 彭鹏;张邦基;章杰;郑敏毅;张农5.HX_D3B型机车动力学试验问题的分析及解决方案 [J], 高震天;李传龙;曲天威因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
翼身融合水下滑翔机外形设计与水动力特性分析
翼身融合水下滑翔机外形设计与水动力特性分析翼身融合水下滑翔机是一种新型的水下机器人，它结合了飞机的翼和鱼类的身体，可以在水下自由滑动和滑翔。
因其独特的外观和卓越的水动力特性，翼身融合水下滑翔机成为了水下研究领域的重要研究对象。
一、外形设计翼身融合水下滑翔机的外形设计是其性能优良的重要前提。
它的外形需要充分考虑流体的流动特性和水下机器人的运行需求。
具体的设计要点有：1. 翼型设计翼型是翼身融合水下滑翔机的核心设计之一，它的形状和厚度对水动力性能影响较大。
一般来说，翼型需要具备较好的升力特性，并且在水下滑翔时能够产生足够的升力和稳定性。
目前，研究表明NACA0015翼型是翼身融合水下滑翔机比较优秀的选择，但也可以根据实际需求进行设计。
2. 圆滑的外形翼身融合水下滑翔机的外形应该尽可能的圆滑，以减少水流湍流和阻力。
光滑的外表面还能增强翼身融合水下滑翔机的推进效率，提高其运动稳定性。
3. 融合设计翼身融合是翼身融合水下滑翔机的重要特征之一，最早是借鉴了鱼类的身体结构。
在翼身融合设计中，翼面和身体形成一个平滑的过渡，从而减小水动力拖力，提高运行效率。
这种设计优于传统的摩擦阻力较大的平面翼和圆柱状的机身。
二、水动力特性翼身融合水下滑翔机的水动力特性是其性能的一个关键因素，直接影响其运动的稳定性和效率。
在设计翼身融合水下滑翔机时，需要考虑以下几个方面：1. 升力和阻力升力和阻力是翼身融合水下滑翔机的关键水动力特性，它们直接影响翼身融合水下滑翔机的滑行和滑翔能力。
通过改变机身的翼型、融合和截面等参数，可以达到改变升力和阻力的目的。
2. 稳定性和灵敏度稳定性和灵敏度是翼身融合水下滑翔机的另外两个关键水动力特性。
稳定性是指翼身融合水下滑翔机的倾向于保持一定的方向和姿态，而灵敏度是指翼身融合水下滑翔机对于外界的变化的反应速度。
这些特性也可以通过调整翼身结构和相关参数来实现。
3. 操纵性操纵性是指翼身融合水下滑翔机的人类操纵时的反应以及机器人自动控制时的定向变化速度。
水下机器人推进系统动力学分析
水下机器人推进系统动力学分析一、水下机器人推进系统概述水下机器人，也被称为无人水下航行器（UUV），是一种能够在水下自主或遥控操作的设备，广泛应用于海洋探测、科学研究、事侦察以及水下作业等领域。
水下机器人的推进系统是其核心组成部分，直接影响到机器人的机动性、稳定性和效率。
本文将对水下机器人推进系统的动力学进行分析，探讨其设计原理、性能特点以及影响因素。
1.1 水下机器人推进系统的作用与分类水下机器人的推进系统主要负责提供动力，使机器人能够在水下进行前进、后退、上浮和下潜等运动。
根据推进方式的不同，水下机器人的推进系统可以分为螺旋桨推进、喷水推进、机械臂推进等类型。
1.2 水下机器人推进系统的设计要求设计水下机器人推进系统时，需要考虑多个因素，如推进效率、噪音水平、操控性、可靠性以及成本等。
这些因素共同决定了推进系统的性能和适用性。
1.3 水下机器人推进系统的性能指标评价水下机器人推进系统性能的指标包括推力、速度、响应时间、能耗和稳定性等。
这些指标对于机器人在不同水下环境中的作业能力至关重要。
二、水下机器人推进系统的动力学原理水下机器人推进系统的动力学分析是理解其工作原理和优化设计的基础。
动力学分析涉及到流体力学、结构力学和控制理论等多个领域。
2.1 流体动力学基础水下机器人在水下运动时，其推进系统与周围水体相互作用，产生推力和阻力。
流体动力学是研究这种相互作用的科学，涉及到速度场、压力场和边界条件等概念。
2.2 推进系统动力学模型建立水下机器人推进系统的动力学模型，可以描述其运动状态和响应特性。
模型通常包括质量、刚度、阻尼和外力等元素，通过数学方程表达。
2.3 推进系统控制策略为了实现水下机器人的精确控制，需要设计合适的控制策略。
控制策略涉及到推进速度、方向和力度的调节，以适应不同的任务需求和环境条件。
三、水下机器人推进系统的设计优化与应用水下机器人推进系统的设计优化是提高其性能和适应性的关键。
水下机器人水动力学性能研究
水下机器人水动力学性能研究水下机器人已成为近年来海洋航行领域的重要研究课题。
水下机器人具有大量的应用领域，如海洋探测、水域救援等。
然而，在许多情况下，水下机器人的性能表现并不如人们所期望的那样。
水下机器人的水动力学性能是它们如何控制、导向和保持稳定的重要影响因素。
因此，水下机器人水动力学性能的研究有着非常重要的意义。
水动力学性能可以帮助研究人员更好地了解水下机器人在水中的行为。
水下机器人的水动力学性能包括摩擦、阻力、推力和流体力学等方面。
这些因素都对水下机器人的控制和稳定性产生着重要的影响。
水动力学性能对水下机器人的设计、生产和控制等方面都有着深远的影响。
一般而言，水下机器人的水动力学性能研究需要进行一系列实验，以获取相关数据来验证模型。
在进行实验时，研究人员需要考虑许多因素，如水温、水深、水质、控制系统和水下机器人的形状等。
另外，为了准确地研究水下机器人水动力学性能，研究人员还需要探究水流和水流动的物理规律，以便确保实验的可重复性并提高实验数据的精度。
在研究水下机器人的水动力学性能时，需要考虑许多不同的因素。
其中，最重要的是流体力学参数，如阻力系数、升力系数和摩擦系数等。
这些参数对水下机器人的性能有着深刻的影响。
例如，当水下机器人在水中运动时，会受到水对其运动的阻力，这种阻力会影响水下机器人的稳定性和操纵性。
在水下机器人的设计和制造中，需要考虑如何降低这种阻力，以便提高水下机器人的运动速度、降低噪音等。
此外，升力系数和摩擦系数也是研究水动力学性能的关键参数，它们可以影响水下机器人的浮力和航行稳定性等。
如今，随着科技的不断发展，有许多新的水下机器人水动力学性能的研究方法和技术。
例如，计算流体力学（CFD）和数值模拟等技术，已经被广泛应用于水下机器人的性能研究中。
这些技术可以帮助研究人员模拟水流和水下机器人的行为，提高实验结果的准确性和可信度。
同时，这些技术还可以帮助设计师们更好地设计和制造水下机器人，提高其水动力学性能。
6自由度水下机器人动力学分析与运动控制
mq& + Iy
⎞ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ mr& + Iz ⎟⎟⎠
I(h) ——单位矩阵
m ——水下机器人的质量
求解动力学方程就可以得到机器人在局部坐标
系中描述的运动规律(即 u、v、w、p、q、r)，然后 转换到大地坐标系下得到机器人在大地坐标系中描
述的运动规律
x& = (x& y& z& φ& θ& ϕ&)T =
0 前言*
1 机器人运动坐标系及坐标变换
水下机器人能够在水下执行多种作业，因此不 仅有着广泛的军事用途，而且还是开发海洋资源的 重要工具。近年来，水下机器人的研究倍受重视， 已成为发达国家军事海洋技术研究的前沿。由于水 下环境复杂，影响运动的因素较多，因此如何设计 机器人的运动控制系统是一个十分复杂的问题[1]。 目前，在对水下机器人的运动控制进行研究时，多数 从控制的角度出发提出多种方法，对机器人的运动偏 差从外部进行纠正与补偿，使该问题得到一定程度的 解决[2-3]。但是，为了更有效地提高机器人的整体运 动性能，还同时需要对机器人的复杂水下动力学 行为进行深入研究。从现有的相关研究看，通常 把机器人的动力学行为简化到若干典型平面中，然 后再分别对机器人在典型平面内的运动进行控 制[4-5]。显然，这对于控制水下机器人的复杂运动是 不够的。
2.1 重力和重力矩 水下机器人受到地球的引力作用，由此产生的
力和力矩要反映到局部坐标系中去，可表示为
⎛F ⎜⎝τ
⎞ ⎟ ⎠G
=
G(−sinθ
cosθ sinϕ
cosθ cosϕ
0
0
0)T
(3)
式中 G——重力，这里取重心与坐标原点重合， 故不产生重力矩
水下机器人的动力学建模与运动控制
水下机器人的动力学建模与运动控制水下机器人是指能够在水下环境中执行各种任务的机器人。
它广泛应用于海洋工程、深海探测、水下考古等领域。
为了提高水下机器人的性能和控制精度，动力学建模和运动控制成为了关键技术之一。
动力学建模是指通过建立机器人系统的动力学模型来描述机器人在水下环境中运动的规律。
水下机器人的动力学模型一般包括力学模型和液动力模型两个部分。
力学模型是研究机器人在水下环境中受到力的作用下所产生的运动规律的理论方法。
水下机器人的力学模型一般由运动学模型和动力学模型构成。
运动学模型研究机器人的位置、速度和加速度之间的关系。
在水下机器人中，我们通常使用欧拉角或四元数表示机器人的姿态，使用位置矢量表示机器人的位置。
通过对机器人的运动进行建模，可以描述机器人在水下环境中的位姿变化。
动力学模型研究机器人的力与运动之间的关系。
在水下机器人中，水的阻力、重力和浮力是影响机器人运动的主要因素。
通过建立动力学模型，可以描述机器人在水下环境中所受到的力的大小和方向，进而预测机器人的运动轨迹。
液动力模型是研究机器人在水下环境中受到液体力的作用下所产生的运动规律的理论方法。
液动力是水对机器人的力学作用。
由于水具有较大的密度和较大的粘滞性，机器人在水下环境中运动时会受到水的阻力、浮力和压力的影响。
通过建立液动力模型，可以描述水对机器人的作用力和力矩，进而推导出机器人的运动方程。
水下机器人的运动控制是指通过控制机器人的电机和舵机等执行器来实现机器人在水下环境中的运动。
运动控制可以分为开环控制和闭环控制两种方式。
开环控制是指根据预先设定的运动规划，直接输出控制指令到执行器，使机器人按照设定的轨迹运动。
开环控制简单、实时性好，但在面对外部干扰或系统参数变化时容易产生误差。
闭环控制是指通过传感器获取机器人的状态信息，并通过控制器实时调节控制指令，使机器人的实际运动与预期运动保持一致。
闭环控制具有较好的稳定性和鲁棒性，但需要采集大量的传感器数据和进行复杂的计算。
洋流影响下的水下滑翔机动力学建模、运动分析与控制器设计研究
洋流影响下的水下滑翔机动力学建模、运动分析与控制器设计研究一、本文概述Overview of this article随着海洋科技的飞速发展，水下滑翔机作为一种新型的海洋探测设备，其在海洋环境监测、海底资源勘探、海洋灾害预警等领域的应用日益广泛。
然而，水下滑翔机在复杂的海洋环境中运行时，受到洋流、海流、潮汐等多种因素的影响，其动力学特性极为复杂。
因此，深入研究洋流影响下的水下滑翔机动力学建模、运动分析以及控制器设计，对于提高水下滑翔机的运行效率、稳定性和安全性具有重要意义。
With the rapid development of marine technology, underwater gliders, as a new type of marine exploration equipment, are increasingly widely used in fields such as marine environmental monitoring, seabed resource exploration, and marine disaster warning. However, when underwater gliders operate in complex marine environments, they are influenced by various factors such as ocean currents, ocean currents, tides,etc., and their dynamic characteristics are extremely complex. Therefore, in-depth research on the dynamics modeling, motion analysis, and controller design of underwater gliding under the influence of ocean currents is of great significance for improving the operational efficiency, stability, and safety of underwater gliders.本文旨在探讨洋流影响下的水下滑翔机动力学建模方法，分析水下滑翔机在洋流作用下的运动特性，研究控制器设计策略以提高水下滑翔机的运动性能和鲁棒性。
基于拍动推进方式的新型水下滑翔机运动特性研究
基于拍动推进方式的新型水下滑翔机运动特性研究水下滑翔机是一种新型的水下探测工具，它通过利用水的密度差异，利用拍动推进方式实现在水下的滑行。
由于其具有高效、低噪音、灵活性强等特点，受到了广泛的关注和研究。
本文将从水下滑翔机的运动特性出发，探讨其在水下的运动规律以及对环境的影响。
首先，水下滑翔机的运动主要依靠拍动推进方式，即通过机器人自身的运动来产生推进力，实现在水下的滑行。
相比传统的推进方式，如螺旋桨或喷水推进，拍动推进方式具有更高的效率和灵活性，可以更好地适应复杂的水下环境。
同时，由于拍动推进方式产生的噪音较小，对海洋生物影响较小，因此在水下滑翔机的设计和应用中得到了广泛的应用。
其次，水下滑翔机的运动特性受到多种因素的影响，包括机体的形状、拍动频率和幅度、水下环境的流场等。
在水下滑翔机的设计中，需要考虑这些因素的影响，优化机器人的运动方式，以实现更高效的水下滑行。
同时，水下滑翔机的运动特性还受到水下环境的影响，包括水温、盐度、流速等因素，这些因素对水下滑翔机的性能和稳定性有着重要的影响。
另外，水下滑翔机在水下的运动规律也需要进行深入研究。
水下滑翔机的运动受到水的阻力和浮力的影响，在设计水下滑翔机的运动方式时，需要考虑这些因素的影响，优化机器人的运动轨迹，以实现更高效的水下探测。
同时，水下滑翔机的运动规律也受到机体形状和材料的影响，需要通过数值模拟和实验研究来揭示水下滑翔机的运动规律和优化控制方法。
最后，水下滑翔机在水下的运动特性对海洋环境的影响也需要进行研究。
水下滑翔机在水下滑行时会产生水流和噪音，并可能对海洋生物和水下生态系统产生影响。
因此，在水下滑翔机的设计和应用中，需要考虑其对海洋环境的影响，采取有效的措施减少其对海洋生态系统的影响。
综上所述，水下滑翔机作为一种新型的水下探测工具，具有独特的运动特性和优势。
通过深入研究水下滑翔机的运动规律和特性，可以更好地设计和应用水下滑翔机，实现更高效的水下探测和研究。
水下机器人的动力系统性能分析与优化研究
水下机器人的动力系统性能分析与优化研究水下机器人是一种能够在水下环境中进行各种任务的自主机器人，广泛应用于海洋科学研究、海洋资源勘探和水下工程等领域。
而水下机器人的动力系统是其能够在水下环境中运动和完成任务的关键。
因此，对水下机器人的动力系统性能进行分析与优化研究具有重要意义。
首先，在对水下机器人的动力系统进行分析时，我们需要考虑到机器人所需的动力源和动力传输系统。
一般来说，水下机器人的动力源可以选择电力、化学能或太阳能等多种形式。
其中，电力是应用最为广泛的一种选择。
电力动力系统通常包括电池组、电动机和控制器等部分，其性能的优劣直接影响水下机器人的速度、续航能力和稳定性。
因此，我们需要对电池组容量与充电速度、电动机功率与效率以及控制器的灵活性与稳定性等方面进行全面的分析。
其次，在分析水下机器人的动力系统时，我们需要考虑到机器人的结构设计和流体力学特性。
机器人的结构设计应考虑到机器人所面临的水动力载荷和水阻力等因素。
流体力学特性对机器人的速度、机动性和稳定性有着重要影响。
因此，我们需要对水下机器人的结构设计进行流体力学分析，并通过模拟计算和实验验证等手段，优化机器人的结构参数，提高其在水下环境中的性能。
此外，在水下机器人的动力系统性能优化研究中，我们还需要考虑到机器人的能源利用效率和动力控制策略。
通过优化机器人的能源利用效率，我们可以延长机器人的续航能力，提高其在水下环境中的工作效率。
而动力控制策略的优化可以提高机器人的运动性能和操作精度。
因此，我们需要研究不同的能源管理和动力控制策略，并通过模拟和实验，找到最优方案，以提高水下机器人的整体性能。
最后，在对水下机器人的动力系统性能进行优化时，我们还需要考虑到与环境的适应性。
水下环境的复杂性和不确定性给机器人的动力系统带来了挑战。
因此，我们需要研究和优化水下机器人的感知与控制系统，以提高机器人对水下环境的适应能力，并通过智能算法和自主导航技术，实现机器人的自主决策和路径规划。
水下机器人的水动力性能分析与设计
水下机器人的水动力性能分析与设计水下机器人是一种能够在水下环境中执行各种任务的机器人系统，其设计与性能分析对于提高水下研究和工程任务的效率至关重要。
本文将对水下机器人的水动力性能进行分析与设计。
1. 水动力学基础水动力学是研究物体在水中运动及其相互作用的学科领域。
在水下机器人的设计中，需要考虑一系列与水动力学相关的因素，包括阻力、推进力、操纵性、稳定性等。
2. 阻力分析水下机器人在水中运动时所受到的阻力是影响其性能的重要因素之一。
阻力可分为摩擦阻力和波浪阻力。
摩擦阻力与机器人的表面积、表面粗糙度以及流体的粘性有关，而波浪阻力与机器人的体积、形状以及航行速度有关。
通过流体力学模拟软件，可以对水下机器人的形状进行优化，以降低阻力，提高机器人的运动效率。
3. 推进力设计推进力是水下机器人在水中运动的动力来源，影响其速度和机动性。
推进力可以通过螺旋桨、推进器或者喷射器等方式产生。
在推进力设计中，需考虑机器人的负载、运动方式以及推进器的效率等因素。
通过对机器人的推进力系统进行优化，可以提高机器人的加速度和机动性能。
4. 操纵性分析水下机器人的操纵性是指机器人在水中进行姿态控制和航向控制的能力。
操纵性的优化可以通过对机器人的舵面、推进器或者其它操纵装置进行优化设计。
此外，引入自动控制系统，如PID控制器，可以提高机器人的控制精度和稳定性。
通过仿真软件进行操纵性分析，可以评估机器人在不同操作条件下的控制性能。
5. 稳定性设计水下机器人的稳定性是指机器人在水中运动时的平衡和稳定性。
稳定性设计需要考虑机器人的重心位置、浮力、姿态控制以及水动力因素的影响。
为了提高机器人的稳定性，可以引入陀螺仪、加速度计等传感器进行姿态控制，并通过对机器人的结构进行优化，提高其在水中运动时的平衡性。
总结：水下机器人的水动力性能分析与设计是提高机器人在水下环境中执行任务效率和稳定性的关键。
阻力分析、推进力设计、操纵性分析和稳定性设计是实现水下机器人性能优化的重要步骤。
水下机器人水动力特性研究
水下机器人水动力特性研究水下机器人是一种能够在水下执行特定任务的机器人。
随着科技的发展，水下机器人在海洋工程、水下勘探、海底资源开发等领域发挥了重要作用。
然而，水下机器人在水下运动过程中受到水的阻力和流动特性的影响，水动力特性的研究对于提高水下机器人的运动效能具有重要意义。
水动力学是研究流体运动规律的学科，主要涉及流体力学、运动学和动力学等方面的知识。
对于水下机器人而言，了解其水动力特性对于设计合理的机体结构、提高机器人的操控性能和运动效能有着重要意义。
下面将从流体力学、运动学和动力学三个方面来探讨水下机器人的水动力特性研究。
首先，流体力学是研究流体（包括气体和液体）静力学和动力学性质的学科。
在水下机器人的运动中，其表面与水流相互作用形成流体阻力，阻力的大小与机器人的形状、速度和水流的性质有关。
研究机器人与水流的流体力学特性可以帮助优化机器人的外形设计，减小阻力并提高机器人的运动效率。
此外，流体力学研究还可以为水下机器人的动力配置和推进系统设计提供理论指导。
其次，运动学是研究物体运动规律的学科，它涉及到位置、速度、加速度等物理量的描述和计算。
对于水下机器人而言，了解其运动学特性可以帮助我们更好地控制和规划机器人的运动路径。
通过运动学研究，可以确定机器人在水下的最佳运动轨迹和速度，从而优化机器人的操控性能和任务执行效率。
最后，动力学是研究物体运动的原因和规律的学科，它涉及到力、质量、加速度等物理量之间的关系。
研究水下机器人的动力学特性可以帮助我们了解机器人在水下的推进和操控方式，以及不同力的作用对机器人运动的影响。
了解机器人的动力学特性可以为改进机器人的动力配置和推进系统设计提供理论基础。
综上所述，水下机器人的水动力特性研究对于提高机器人的运动效能和操控性能具有重要意义。
通过流体力学、运动学和动力学的研究，可以优化机器人的外形设计、确定最佳运动轨迹和速度，改进机器人的动力配置和推进系统设计。
未来随着技术的进步，水下机器人的水动力特性研究将更加深入，为水下工程和科学研究提供更多的支持和帮助。
水下机器人的刚体运动学与动力学分析研究
水下机器人的刚体运动学与动力学分析研究下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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图２攻角符号定义
１．１主载体外形优化 主载体外形优化主要在满足装配空间的要求下，
增加细长比，日尽量减小尾部外形导致的压阻力，以 减小总阻力因此，在体稍相同的前提ｒ确定了四种载 体方案ＮＨｕｌｌ０１～ＨｕｌｌＩＭ，它们的外形和阻力计算结果 见表１．计算结果表明，Ｈｕｌｌ０３能捉供最大的装配卒问， 其粘压阻力比Ｈｕｎ０４大３４％，总阻力比Ｈｕｌｌ０４火 １０．３％，但Ｈｕｌｌ０４旨尾尖细，不满足装ｄｄ要求，冈此 结台Ｈｕｌｌ０３装配空间大，Ｈｕｌｌ０４压５Ｈ力小的特点，研 究的主载体外形为：艏部是直径Ｏ．２ｍ的半球形；中部 下行中体是直符ｏ ２ｍ、长１ １５５ｍ的圆柱；尾部击流 段足长０２６７ｍ的锥形，由下列ｆｍ线绕ｚ辅阻』转而成ｍＪ．
０ ２５７２
－０．７６８０
－０ ６９８５
－０ ７２９９
．０．１５２５
—０．１０４４
．０ ０５０６
０叭７５
０．５１４４
＿０．８１５０
．０ ７２４８
－０ ７７６４
．０．６２３２
－０．４２５７
－０．２０８６
０ ０３４９
０２５７２
．１ ６４２１
．１ ５３２３
．１ ５９０９
．０．２５３９
－０．１５２２
－０．０４８５
（１ ＳｈｅｎｙａｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ｔｈｅＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，Ｓｈｅｎｙａｎ９１１００１６，Ｃｈｉｎａ；２ Ｇｒａｄｕａｔｅ ＳｃｈｏｏｌｏｆｔｈｃＣｈｉｎｅｓｅ ＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂ刊ｉｎｇ １０００３９，ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ ＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＧｌｉｄｅｒ“ＵＧ）ｉｓａｎｅｗＡＵＶｗｉｔｈｏｕｔｅｘｔｅｒｎａｌａｃ“ｖｅｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ．ｂｕｔｒｅｌｙｉｎｇ ｏｎｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌ‘１９ｌｌｌ（１ｔｏｒｔＯａｄｊｕｓｔｔｈｅｃｅｎｌｅｆｏｆｇｒａｖｉｌｙａｎｄｔｈｅｎｅｔｂｕｑｖｏｎｃｖｔＯｇｅｎｅｒａｔｅ ｒｅｌａｔｉｖｅｍｏｔｉｏｎ Ｉｔｃａｎ ｂｅ ｕｓｅｄ ｔＯ ｅｘｐｌｏｒｅ ｏｃｅａｎ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓｆｏｒ ａ ｌｏｎｇ ｔｉｍｅ ａｎｄ ｃｏｖｅｒｉｎｇ ａ ｌｗ＇ｇｅ ａｒｅａ ｗｈｉｃｈ ｒｅｑｕｉｒｅｓ ｉｔｓ ｓｈａｐｅ ｗｌｔｈ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒ＆ｔｉｃｓ ｏｆｌｏｗ ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ ｄｒａｇ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｓｔａｂｉｌｉ舢Ｔｈｅｐａｐｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚｅｓ如ｅ ｄｅｓ（ｇｎ ｏｆＡＵＧ ｉｎ ｔｈｅ ｖｉｅｗ ｏｆｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｆｅａｔｕｒｅａ，ｉｓｗｌｕｄｉｓ’ｇ ｔｈｅ ｓｈａｐｅ ｏｆｍａｒｅ ｂｏｄｙ，ｔｈｅ ｌｇｉｉｎｇ ｗｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔａｂｌｅ ｗｉｎｇ．Ｔｈｅ ｓｔｅａｄｙ ｇｌｉｄｉｎｇ ｍｏｒｏｎ ａｎｄｓｔｅａｄｙ ｔｕｒｎｉｎｇｍｏｔｉｏｎ ｏｆｔｈｅ ｓ１１７２ｃｔｕｒｅ ｏｆｈｙｄｒｏｄｙｎｕｍｉｃ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄｄｅｓｉｇｎ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，ｗｈｉｃｈ
稳定翼外形优化的目的是增加载体的稳定性，减 少阻力基＿ｒ系统设计要求，需要在稳定翼－｛Ｉ部丌一个 直径为１６ｒａｍ的通｝Ｌ，为了满足安装要求，聚用 ＮＡＣＡ００２４流线型翼型，自口缘后掠角为６．７。，后缘后 掠角为０．５。，翼展Ｏ ３１３ｍ，平均弦长０．０８ｍ １．３升降翼位置确定
升降翼安装位置土要从升阻比币｜ｊ动稳定性来考虑． 主载体是引起方向不稳定的部件，其水动力作用点一 般靠近首部，因此升降翼的位置通常位于载体的中后 部．为１ｒ精确定位升降翼的安装位置，本文提出了三种
０ ０３４９
０．５１４４
一ｌ ７５４２
．１ ６０５６
－１＿７２９
一１．０３
—０ ６１５９
—０．１９５４
从表２可以看出：无攻角情况下，ＧｌｉｄｅｒＭ的升 阻比略大于ＧｌｉｄｅｒＬ和ＧＨｄｅｒｓ的升阻比；有玫角航行 时，ＧｌｉｄｅｒＬ和Ｇ１ｉｄｅｒｓ的升阻比都大于ＧｌｉｄｅｒＭ的升 阻比．由于ＡＵＧ依靠调整浮力实现上浮下潜，滑翔过 程存在小攻角以平衡净浮力和力矩，因此，考虑升阻 比，应该选择ＧｌｉｄｅｒＬ或ＧｌｉｄｅｒＳ
ＧｌｉｄｅｒＳ Ｍ女
０
０．２５７２
０ １０６７
０．１４５３
０．１３７６
—０ ０４９４
－０ ０５４６
—０．０５３６
０
０ ５１４４
０ １２８０
０．１６６ｌ
０，１６２６
．０．２０９９
－０ ２２３８
—０ ２２７４
—０ ０１７５
０．２５７２
０．９８４７
０ ９７３
１ ００２
０ ０５３９
－０００６５
－００５６６
．００１７５
本文主要从提高ＡＵＧ的水动力特性出发，优化 出一种低阻、稳定性好的ＡＵＧ，在此基础上，分析其 运动性能．
１低阻线型研究 在水动力特性分析前，需建立动坐标系（图１）：
原点Ｏ位于载体·扣部，距离首端７５０ｍｍ处，ＯＸ轴朝 向首部，ＯＹ轴指向左舷，ＯＺ轴指向正上方，浮心距 离原点６５ｎｍａ，靠近首部．攻角符号的定义如图２，定 常滑翔时，上浮攻角为负，下潜攻角为正．
ｉｓａｖａｉｌａｂｌｅｆｏｒ，咖Ｍｚ∞ｔｏｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｇｌｉｄｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ ｏｎｌａｔｅｒｓｔａｇｅ Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｏｂｏｔ＆ａＨｌｏｎｏｍｏｌｌｓｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｇｌｉｄｅｒｔＡＵＧ），ｈｙｄｒｏｄｙ，ｕｌｍｉｃｄｅｓｉｇｎ，ｍｏｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ
０引言 水下滑翔机器人（ＡＵＧ）是为了满足海洋环境监
测与测量的需婴，将浮标、潜标技术与水下机器人技 术相结合，研制出的一种无外挂推进系统，依靠自身 浮力驱动，滞销齿型肮迹航行的新掣水下机器 人．ＡＵＧ采用内置姿态峒整机构和无外挂驱动装置， 凶此载体外置装置减少，避免ｒ对载体线型的破坏， 人大改善了载体的水动山特性．．４ＵＧ具有制造成本和 维护费用低、可霞复利削、投放回收方便、续航能力 强等特点，适宜于人量布放，大范幽海洋环境的长划 监测．ＡＵＧ是海洋环境立体监测系统的补充和完善， 在海洋环境的监洲、凋查、探测等力面具有广阔的应 用前景．
参考文献［７】的研究结果表明，具有后掠角的升降 翼滑翔比性能优十没自后掠角的升降翼．攻角为０。～ １４。时，由面翼型的升阻比性能优于平板翼型；只有 在攻角太于２０‘叫，两者的升附比性能相当．ＡＵＧ进 行滑翔运动的攻角很小，不会超过１０。，囚此应该选
择带有后掠的曲面翼型．最终设计升降翼的翼型采用 ＮＡＣＡ０００８．３４，前缘后掠角为３３．６。，后缘后掠角为 ２４２。，翼展ｌｍ，平均弦长０．１｜ｍ
２运动分析 滑翔运动控制包括两个方面：通过调整浮力或纵
倾，实现定常滑翔运动；对横滚角进行调整，实现ＡＵＧ 的定常空间螺旋回转运动控制．下面分别对这两个运 动进行分析． ２．１定常滑翔运动
定常滑翔运动力学分析见图３和图４，其中ｍ。是 净浮力，向下为正；俯仰角ａ埋首为正；Ｌ，Ｄ分别是
升力和阻力：碇攻角，符号定义如图２．分析定常滑
１９８９ ｊ｝：美国人Ｈｅｎｒｙ Ｓｔｏｍｍｃｌ提Ｈ１了采用一种能 够在水ｒ作滑翔运动的浮标进行海洋环境谰套的设想． 之后，美圉就丌始进行ＡＵＧ的研究与丌发．１９９５年以 来，在美国海军研究周（ＯＮＲ）的资助下，美国已研 制山ＳＬＯＣＵＭ（Ｂａ／ｔｅｒｙ）、Ｓｅａｇｌｉｄｃｒ和Ｓｐｒａｙ等多种 以二次电池为推进能源的ＡＵＧ０“．它们的航行距离为 ２０００ｋｍ～７０００ｋｍ，续航时间２００天～３００天，巡航速度 约０ ２５ＩｌｇＳ，负载能力约５ｋ辱另外，以海洋垂直剖面 温差作为驱动能源的ＳＬＯＣｑ３Ｍ（Ｔｈｅｒｍａｌ）ＡＵＧ的航 行距离可以达到３００００ｋｍ美吲Ｐｒｉｎｓｔｏｎ大学建造了一 个ＡＵＧ试验、ｒ台，手要用于ＡＵＧ的建模和控制方法 研究．我国进行了大量的水下机器人技术研究工作，取 得ｒ很大的进步，ＡＵＶ年ｌ｜ＲＯＶ技术达到了围际先进
翔运动，可得到力和力矩平衡方程（方程（２）、（３）和（４））， 再根据小攻角定常滑翔运动时，阻力可表示成攻角的 二次形式（公式（５）），升力和力矩可以表示成攻角的
１４
万方数据
线性形式（公式（６）和（７”，其表达式参见文献［９］，其中，
岛和ＫＤｏ，ＫＬ。和ＫＬ，ｊ‰和商，分别为阻力系数、升 力系数和力矩系数（下标加…０’代表直航特性；不加 …０’代表与攻角有关的特性），从而可推导出定常滑
万方数据
可能安放升降翼的位置，并用ＣＦＸ对三种升降翼的水 动力特性进行分析，最终确定升降翼的最佳安放位置．
（３）ＧｌｉｄｅｒＳ：升降翼位于浮心和尾部之间，形心距离 浮心０．１３ｍ采用ＣＦＸ计算这三个位置的升阻比和对
三种可能安放升降翼位置分别为：（１）ＧｌｉｄｅｒＬ： 升降翼位于首部和浮心之间，形心距离浮心０．１５ｍ；（２）
从三种升降翼布置方式对浮心的力矩对比可以看 出，只有ＧｌｉｄｅｒＳ的力矩增量与力的增量方向相反或者 变化很小，即随着攻角增加，机器人姿态具有恢复到 上个时刻的趋势，因此稳定性好［８】．
通过计算发现，随着升降翼位置的后移，其阻力 呈上升趋势，而升力几乎不变，升阻比减小．综合动稳 性和升阻比，晟终选择了ＧｌｉｄｅｒＳ的升降翼位置．
浮心力矩，结果见表２．表２中＾毛ｂ是对浮心的纵倾力
矩，眠是当前坐标系Ｆ的纵倾力矩．
ＧｌｉｄｅｒＭ：升降翼位于浮心处，即其形心与浮－ｔｌ，重合； 表２ ＧｌｉｄｅｒＬ，ＧｌｉｄｅｒＭ和Ｇｌｉｄｅｒｓ阻力和力矩计算
口Ⅲ
Ｖ／ｍ．ｓ。‘
ＧｌｉｄｅｒＬ
升阻比 ＧｆｉｄｅｒＭ
ＧｌｉｄｅｒＳ
ＧｌｉｄｅｒＬＭ∞
力矩肿ｒｎ ＧｌｉｄｅｒＭＭｙ
关键词：机器人；水下滑翔机器人；水动力设计；运动分析 中图分类号：ＴＰ２４２文献标识码：Ａ文章编号：１０００．６９８２ ｆ２００６）０１—００１２－０５
Ｈｙｄｒｏｄ）ｒｎａｍｉｃ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｍｏｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ＡＵＧ