剪切流传感器与水下滑翔机集成应用研究

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2、除了文中特别加Ｗ标注和致谢之处外论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。从Ｋ年公月学位论文作者签名：＾、固？）签字日期：日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可Ｌ別各挙位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编Ｗ供查阅和借阅。同意学校向国家有关部口或机构送交论文的复印件和磁盘。

3、（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签：名；（导师签名巧、轉焉Ｉ＇期＇ｆ签字：从丢：年月日日年ｒ月日签字日期天津大学硕士学位论文剪切流传感器与水下滑翔机集成应用研究IntegratedApplicationResearchofShearProbeandUnderwaterGlider学科专业：机械工程作者姓名：徐田雨指导教师：王延辉副教授天津大学机械工程学院二零一五年三月中文摘要海洋湍流对研究海洋中微观和宏观运动有重要意义,剪切流传感器是目前测量海洋湍流的最有效工具。作为一种新型传感器搭载平台，水下滑翔机的出现为海洋湍流测量提供了新的

4、契机。由于水下滑翔机具有能耗低、续航能力强等优点，将剪切流传感器与水下滑翔机进行集成应用，可使得长时序、大范围的湍流测量成为可能。本文针对剪切流传感器与水下滑翔机的有效集成问题，进行如下研究工作。首先，考虑到剪切流传感器工作要求和滑翔机运动特点，对测量系统进行系统集成条件分析和整体设计。其次，分析搭载方式和位置对湍流测量的影响，确定湍流测量系统在滑翔机上的最佳搭载方式和位置，并进行基于湍流测量的水下滑翔机运动特性分析，同时分析了运动控制量对运动状态参数的影响。同时考虑到测量平台的振动会影响测量结果的准确性，使用相干函数分析振动信号，并采用频响函数进行滤波，提高了测量系统

5、的数据准确度。最后通过水池实验和海域实验验证搭载剪切流传感器后滑翔机的运动性能及湍流测量的准确性。本文主要研究成果包括：对湍流测量系统进行系统集成条件分析及整体设计。一方面，为了满足剪切流传感器的正常工作要求，分析了测量系统集成过程中对水下滑翔机的约束，主要包括滑翔速度、共振频率、攻角等。另一方面，对湍流测量系统的关键电子元器件进行选型分析以及对外压壳体进行设计。使用计算流体力学方法分析不同的安装方式和安装位置对湍流测量的影响，确定安装位置，并通过经济性和稳定性指标选择较好的安装方式。针对搭载有湍流测量系统的水下滑翔机，基于动量定理和动量矩定理进行动力学建模，获得水下滑

6、翔机在纵垂面内典型锯齿运动的动力学方程，并进行运动仿真，获得控制量与状态参数的关系。研究了测量系统数据处理方法，提高了数据准确度。运用相干函数分析振动信号与湍流信号的关系，评估振动信号在不同频段对湍流信号的影响程度，并通过频响函数去除振动信号，从而获得准确的湍流数据。将原始湍流信号和去除振动干扰后的湍流信号波数谱分别与Nasmyth谱对比，评定该分析方法的准确性。研制出湍流测量系统样机，并将其与水下滑翔机集成，进行水池实验和海域实验，验证运动模型和使用滑翔机测量湍动能耗散率的准确性。关键词：剪切流传感器；水下滑翔机；动力学模型；相干函数；水域实验IIIAbstractM

7、easurementofoceanicmicrostructureturbulenceplaysanimportantpartinstudyingthechanginglawofoceaninterior.Shearprobeisthemosteffectivetooltomeasureoceanicturbulence.Asanewtypeofsensorcarryingplatform,underwaterglidersprovideanewwaytomeasureoceanicturbulence.Itwillbepossiblet