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Dynamic Modeling and Motion Simulation for A Winged Hybrid-Driven Underwater Glider 被引量:31
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作者 王树新 孙秀军 +2 位作者 王延辉 武建国 王晓鸣 《China Ocean Engineering》 SCIE EI 2011年第1期97-112,共16页
PETREL, a winged hybrid-driven underwater glider is a novel and practical marine survey platform which combines the features of legacy underwater glider and conventional AUV (autonomous underwater vehicle). It can b... PETREL, a winged hybrid-driven underwater glider is a novel and practical marine survey platform which combines the features of legacy underwater glider and conventional AUV (autonomous underwater vehicle). It can be treated as a multi-rigid-body system with a floating base and a particular hydrodynamic profile. In this paper, theorems on linear and angular momentum are used to establish the dynamic equations of motion of each rigid body and the effect of translational and rotational motion of internal masses on the attitude control are taken into consideration. In addition, due to the unique external shape with fixed wings and deflectable rudders and the dual-drive operation in thrust and glide modes, the approaches of building dynamic model of conventional AUV and hydrodynamic model of submarine are introduced, and the tailored dynamic equations of the hybrid glider are formulated. Moreover, the behaviors of motion in glide and thrust operation are analyzed based on the simulation and the feasibility of the dynamic model is validated by data from lake field trials. 展开更多
关键词 hybrid-driven underwater glider autonomous underwater vehicle dynamic modeling momentum theorem
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Stability Analysis of Hybrid-Driven Underwater Glider 被引量:9
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作者 NIU Wen-dong WANG Shu-xin +2 位作者 WANG Yan-hui SONG Yang ZHU Ya-qiang 《China Ocean Engineering》 SCIE EI CSCD 2017年第5期528-538,共11页
Hybrid-driven underwater glider is a new type of tmmanned underwater vehicle, which combines the advantages of autonomous underwater vehicles and traditional underwater gliders. The autonomous underwater vehicles have... Hybrid-driven underwater glider is a new type of tmmanned underwater vehicle, which combines the advantages of autonomous underwater vehicles and traditional underwater gliders. The autonomous underwater vehicles have good maneuverability and can travel with a high speed, while the traditional underwater gliders are highlighted by low power consumption, long voyage, long endurance and good stealth characteristics. The hybrid-driven underwater gliders can realize variable motion profiles by their own buoyancy-driven and propeller propulsion systems. Stability of the mechanical system determines the performance of the system. In this paper, the Petrel-II hybrid-driven underwater glider developed by Tianjin University is selected as the research object and the stability of hybrid-driven underwater glider unitedly controlled by buoyancy and propeller has been targeted and evidenced. The dimensionless equations of the hybrid-driven underwater glider are obtained when the propeller is working. Then, the steady speed and steady glide path angle under steady-state motion have also been achieved. The steady-state operating conditions can be calculated when the hybrid-driven underwater glider reaches the desired steady-state motion. And the steady- state operating conditions are relatively conservative at the lower bound of the velocity range compared with the range of the velocity derived from the method of the composite Lyapunov function. By calculating the hydrodynamic coefficients of the Petrel-II hybrid-driven underwater glider, the simulation analysis has been conducted. In addition, the results of the field trials conducted in the South China Sea and the Danjiangkou Reservoir of China have been presented to illustrate the validity of the analysis and simulations.and to show the feasibility of the method of the composite Lyapunov function which verifies the stability of the Petrel-II hybrid-driven underwater glider. 展开更多
关键词 hybrid-driven underwater glider stability analysis numerical simulation field trials
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混合驱动水下滑翔器滑翔状态机翼水动力特性 被引量:26
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作者 武建国 陈超英 +2 位作者 王树新 张宏伟 王晓鸣 《天津大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期84-89,共6页
将水下滑翔器和水下自航行器两者功能集合于一身,提出了一种新概念混合驱动水下滑翔器.采用计算流体力学方法对混合驱动水下滑翔器滑翔状态下机翼对滑翔经济性和稳定性的影响进行了数值模拟研究,正交试验表明,其滑翔经济性受机翼弦... 将水下滑翔器和水下自航行器两者功能集合于一身,提出了一种新概念混合驱动水下滑翔器.采用计算流体力学方法对混合驱动水下滑翔器滑翔状态下机翼对滑翔经济性和稳定性的影响进行了数值模拟研究,正交试验表明,其滑翔经济性受机翼弦长影响最为显著;滑翔器的稳定性受机翼的后掠角影响最为显著;对4个具体模型在0°~20°攻角的进一步的数值模拟表明,机翼的位置主要影响滑翔稳定性,对滑翔经济性影响较小.滑翔器在6°左右攻角航行时,具有最大的升阻比.研究为混合驱动水下滑翔器的设计提供了理论指导和参考. 展开更多
关键词 混合驱动水下滑翔器 计算流体力学 滑翔经济性 稳定性 水动力学
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混合驱动水下滑翔机水动力参数辨识 被引量:8
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作者 牛文栋 王延辉 +2 位作者 杨艳鹏 朱亚强 王树新 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2016年第4期813-822,共10页
与传统水下滑翔机相比,混合驱动水下滑翔机可以分别利用头部的浮力驱动单元和机身尾部的螺旋桨推进单元进行驱动从而实现不同形式的运动,具备低功耗、长航程、良好机动性等特点,具有广泛的应用前景.准确的动力学模型以及精确的水动力参... 与传统水下滑翔机相比,混合驱动水下滑翔机可以分别利用头部的浮力驱动单元和机身尾部的螺旋桨推进单元进行驱动从而实现不同形式的运动,具备低功耗、长航程、良好机动性等特点,具有广泛的应用前景.准确的动力学模型以及精确的水动力参数是实现混合驱动水下滑翔机控制系统设计以及精确导航的基础.在混合驱动水下滑翔机动力学模型已知的前提下获得准确的水动力参数是本文主要研究的问题.本文以天津大学研制的混合驱动水下滑翔机"海燕"作为研究对象,提出一种在有限航行参数条件下,基于大数据统计分析的计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)和参数辨识相结合来获取混合驱动水下滑翔机的水动力参数的方法.即首先建立滑翔机的动力学模型,推导出稳态数据与所求水动力参数的关系;然后采用CFD的方法得到其升力系数,根据大量稳态纯滑翔实验数据,结合大数据统计分析,辨识出其剩余水动力参数;最后,根据混合驱动模式下的实验数据辨识出与螺旋桨相关的参数,从而得到其整套的水动力参数.该方法不仅结合了CFD方法具有获取复杂外形结构航行水动力的特点,而且可以有效利用大量现场实验数据,因而能够更加准确地辨识其实际运动.通过运动仿真与试验对比,验证了该辨识方法的正确性和有效性,对滑翔机的研究具有指导意义. 展开更多
关键词 混合驱动水下滑翔机 CFD 参数辨识 运动仿真 海试试验
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可控翼混合驱动水下滑翔机运动性能研究 被引量:8
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作者 田文龙 宋保维 刘郑国 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第1期122-128,共7页
提出了一种可控翼混合驱动水下滑翔机的概念,借助独立控制的左右滑翔翼和螺旋桨推进器,该滑翔机能够实现高效率滑翔推进和高机动性螺旋桨推进2种推进方式,可有效解决现有水下滑翔机或推进效率低或机动性差的问题。为了研究该滑翔机的运... 提出了一种可控翼混合驱动水下滑翔机的概念,借助独立控制的左右滑翔翼和螺旋桨推进器,该滑翔机能够实现高效率滑翔推进和高机动性螺旋桨推进2种推进方式,可有效解决现有水下滑翔机或推进效率低或机动性差的问题。为了研究该滑翔机的运动性能,基于Newton-Euler法建立了六自由度运动数学模型。通过求解稳态滑翔运动平衡方程,定量分析了可控翼翻转角对滑翔机滑翔性能的影响。根据六自由度动力学模型,对该滑翔机的滑翔运动和螺旋桨推进运动进行了仿真研究,仿真结果表明可控翼混合驱动水下滑翔机相比常规水下滑翔机有较高的航行性能。 展开更多
关键词 可控翼 混合驱动 水下滑翔机 运动性能 动力学建模
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混合驱动水下滑翔机自噪声测量及分析 被引量:9
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作者 刘璐 肖灵 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2017年第4期132-139,共8页
[目的]混合驱动水下滑翔机是一种融合了传统自主式无人潜航器(AUV)和水下滑翔机(AUG)驱动方式的新型水下航行器。为研究混合驱动水下滑翔机自噪声的噪声源分布及基本特征,[方法]首先进行自噪声采集系统的设计与研制,并在消声水池中进行... [目的]混合驱动水下滑翔机是一种融合了传统自主式无人潜航器(AUV)和水下滑翔机(AUG)驱动方式的新型水下航行器。为研究混合驱动水下滑翔机自噪声的噪声源分布及基本特征,[方法]首先进行自噪声采集系统的设计与研制,并在消声水池中进行噪声分析实验。以2016年8月南海某海域1 000 m深度范围内的观测数据为研究对象,通过分步运转法,得到实航下滑翔机平台不同工作状态下的自噪声数据。[结果]试验分析与研究结果表明,设计和研制的自噪声采集系统工作稳定,在滑翔工作模式下水下滑翔机的机械噪声对自噪声的贡献最大,500 Hz以上的高频段时自噪声与浮力调节单元工作密切相关,在1 kHz达到峰值。[结论]所得结论对水下滑翔机减振降噪措施的实施和性能的改进可提供一些指导。 展开更多
关键词 混合驱动水下滑翔机 自噪声 数据采集 减振降噪
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混合驱动水下滑翔器滑翔效率及优化研究 被引量:1
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作者 肖冬林 张华 +1 位作者 李迎华 赵桥生 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2018年第8期977-984,共8页
续航力与水平速度均是水下滑翔器的重要性能指标。文章以单位重量滑翔器、单位水平速度所耗功率作为滑翔效率的评价指标,给出了混合驱动水下滑翔器滑翔参数最优解寻求的数学方法。文中以一典型滑翔器为例,针对其多种工况(无桨、桨不转... 续航力与水平速度均是水下滑翔器的重要性能指标。文章以单位重量滑翔器、单位水平速度所耗功率作为滑翔效率的评价指标,给出了混合驱动水下滑翔器滑翔参数最优解寻求的数学方法。文中以一典型滑翔器为例,针对其多种工况(无桨、桨不转、桨随动和桨工作),利用CFD预报了所需的流体动力系数,然后分别给出了它们最优的滑翔参数。研究结果表明,该评价指标物理意义明确,优化方法简单,对工程设计具有很高的参考价值。 展开更多
关键词 混合驱动水下滑翔器 桨转动 滑翔效率 续航力
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基于逆模型的混合驱动水下滑翔机垂直面控制 被引量:1
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作者 白乐强 邢建生 唐元贵 《计算机测量与控制》 2015年第10期3357-3360,共4页
混合驱动水下滑翔机(Hybrid—driven underwater gliders,HDUGs)是集无人自治水下机器人(automomous underwater ve—hicles,AUVs)和水下滑翔机(autonomous underwater gliders,AUGs)于一体的新型水下机器人;由于HDUGs是非线性、强耦合... 混合驱动水下滑翔机(Hybrid—driven underwater gliders,HDUGs)是集无人自治水下机器人(automomous underwater ve—hicles,AUVs)和水下滑翔机(autonomous underwater gliders,AUGs)于一体的新型水下机器人;由于HDUGs是非线性、强耦合,且受到海流、结构不确定等因素的影响,为了克服这些问题,针对混合驱动水下机器人工作在混合模式下,对其垂直面提出了一种基于逆模型和滑模控制的非线性控制方法,该方法将原始系统解耦为两个单人单出的线性系统,仿真结果证明了该方法具有良好的控制性能,而且对外界扰动具有一定的鲁棒性。 展开更多
关键词 混合驱动水下滑翔机 非线性控制 垂直面控制 逆模型 滑模控制
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混合驱动水下滑翔机变翼系统研究 被引量:4
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作者 张艺腾 张明明 +1 位作者 王延辉 张宏伟 《机械设计》 CSCD 北大核心 2018年第6期1-8,共8页
基于混合驱动水下滑翔机对变翼功能的实际需求,设计了平面2自由度连杆机构,以实现机翼展弦比和后掠角的变化。通过运动学正解分析,验证了变翼系统的变体功能。通过运动学位置逆解分析,求解了输出电机角位移与输出杆位姿的关系,并进一步... 基于混合驱动水下滑翔机对变翼功能的实际需求,设计了平面2自由度连杆机构,以实现机翼展弦比和后掠角的变化。通过运动学正解分析,验证了变翼系统的变体功能。通过运动学位置逆解分析,求解了输出电机角位移与输出杆位姿的关系,并进一步获得了变翼系统工作空间。通过基于原型样机的试验研究与性能测试,验证了变翼方案的可行性。最后,基于计算流体力学方法,对混合驱动水下滑翔机变翼策略进行研究,分析了机翼展弦比和后掠角对水下滑翔机不同工作模式下航行性能的影响,并确定了最佳变翼方案。 展开更多
关键词 混合驱动水下滑翔机 变翼策略 航行性能 复数矢量法 闭环矢量法
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混合驱动无人水下滑翔机耦合运动响应数值预报 被引量:1
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作者 凌宏杰 王志东 +1 位作者 孙玉山 刘彦 《中国海洋平台》 2021年第2期17-22,共6页
为提高推进与滑翔模式下混合驱动无人水下滑翔机(Hybrid Driven Unmanned Underwater Glider,HUG)运动控制精度,基于黏性流体理论,采用滑移与随体动网格技术,耦合求解运动响应方程,进行HUG全耦合运动响应数值预报研究,开展推进模式下HU... 为提高推进与滑翔模式下混合驱动无人水下滑翔机(Hybrid Driven Unmanned Underwater Glider,HUG)运动控制精度,基于黏性流体理论,采用滑移与随体动网格技术,耦合求解运动响应方程,进行HUG全耦合运动响应数值预报研究,开展推进模式下HUG在水平面内直航运动、绕圆运动与滑翔模式下HUG下潜和上浮运动的数值预报,分析在推进器同步推进和差速回转下HUG的运动响应及不同重心位置对HUG滑翔姿态的影响。研究成果对HUG的结构与控制系统设计具有重要的指导意义。 展开更多
关键词 无人水下滑翔机 混合驱动 大翼展 耦合运动
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控位滑行航行器近水面波浪力计算与运动分析
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作者 王一旭 胡欲立 钟如意 《机械与电子》 2015年第5期8-12,共5页
对控位滑行航行器在近水面波浪作用下进行受力计算和运动分析。介绍了控位滑行航行器的结构特点和工作原理,运用AQWA软件计算了2级海况下航行器所受的波浪力,分别讨论了波浪力对航行器定深和水平控位运动的影响。
关键词 控位滑行航行器 近水面波浪力 运动分析 AQWA
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