微结构湍流测量水下滑翔机设计与试验研究.pdf

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1、第53卷第9期机械工程学报Vol.53No.92017年5月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGMay2017DOI：10.3901/JME.2017.09.022*微结构湍流测量水下滑翔机设计与试验研究马伟王延辉徐田雨(天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室天津300072)摘要：湍流测量对研究海洋微观和宏观运动具有重要作用，翼型剪切流传感器是目前观测海洋湍流的有效工具。水下滑翔机由于运动稳定，是翼型剪切流传感器的理想搭载平台，可为海洋湍流测量提供新的技术途径。通过面向翼型剪切流传感器与水下滑翔机的集成开展研究，完成海洋微结

2、构湍流测量水下滑翔机的设计，并进行南海测试。考虑剪切流传感器工作要求和滑翔机运动特点，面向滑翔机测量系统进行翼型剪切流传感器装载的约束条件分析。研究翼型剪切流传感器的搭载方式和位置对湍流测量的影响，确定翼型剪切流传感器在滑翔机上的优化装载方案，并进行微结构湍流测量水下滑翔机运动特性分析。通过海域试验验证滑翔机整体测量系统的运动性能及湍流测量的有效性。关键词：翼型剪切流传感器；水下滑翔机；动力学模型；微结构湍流中图分类号：TP242DesignandSeaTrialsoftheUnderwaterGliderforMicro-structureTurbul

3、enceMeasurementMAWeiWANGYanhuiXUTianyu(KeyLaboratoryofMechanismTheoryandEquipmentDesignofMinistryofEducation,TianjinUniversity,Tianjin300072)Abstract：Measurementofmicrostructureturbulenceplaysanimportantpartinresearchingthechanginglawofoceaninterior.Airfoilshearprobeistheeffectua

4、ltooltomeasureoceanicturbulence.Duetothestablemovement,underwatergliderisanidealcarryingplatformforairfoilshearprobe,andcanprovideanewtechnicalwayforoceanturbulencemeasurement.Bydealingwiththeintegrationofairfoilshearprobeandunderwaterglider,thedesignandseatrialsoftheunderwatergl

5、iderformicro-structureturbulencemeasurementarecompleted.Analyzingtheconstraintconditionsofunderwatergliderforairfoilshearprobeisconductedconsideringboththeairfoilshearprobe’srequirementsandunderwaterglider’smotionfeature.Theinfluenceofthewayandinstallationpositionofairfoilshearpr

6、obeonturbulencemeasurementarestudied,andtheoptimizedintegrationmethodisdetermined.Motionfeatureofunderwatergliderformicro-structureturbulencemeasurementisalsoanalyzed.Seatrialsareconductedtoverifytheunderwaterglidemeasurementsystemmotioncharacteristicandthevalidityofturbulencemea

7、surement.Keywords：airfoilshearprobe；autonomousunderwaterglider；dynamicmodel；micro-structureturbulence要定点布放和回收的特点限制了其测量的范围和时1间，系缆和母船的振动也会使测得的信号存在误差。0前言水下滑翔机作为一种新型的水下无人潜水器，其依湍流是发生在各类流体中的普遍现象，海洋湍靠改变自身浮力实现上升和下潜运动，运动过程稳流对海洋中的动量、热量、物质的扩散过程有着显定，震动小、航程长，又具有一定的机动能力，出著的影响[1]。翼型剪切流传感器是测量海洋湍

8、流动于对大范围海域的长时序观测要求，水下滑翔机逐能耗散率使用最广泛和有效的工具。