高海况下AUV回收过程力学特性研究.pdf

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1、高海况下AUV回收过程力学特性研究潘光，李海志，刘敏(西北工业大学航海学院，陕西西安710072)StudyofMechanicalPropertiesofAUVRecoveryProcessUnderHighSeaConditionsPANGuang，LIHai—zhi，LIUMin(SchoolofMarineEngineering．NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi’an7i0072，China)摘要：为了深入研究复杂海洋环境对AUV回远程自主水下航行器因其活动领域大的特点，采用收过程的影响，基于Fluent中的UDF和VoF模母船跟随

2、并实施水面起吊回收也不现实。型，建立了AUV回收过程中三维海洋波浪模型，在针对AUV使用潜艇鱼雷发射管回收的回收方此基础上对AUV回收过程中的阻力、升力干扰进式，利用UDF(userdefinedfunction)和VOF(vol—行了研究。umeoffluid)模型来构造数值波浪水池，实现波浪关键词：AUV；自主回收；高海况；数值波浪模的模拟，进而研究高海况下AUV回收过程中的力拟学特性。中图分类号：TM344．1数值波浪水池的主要任务是研究各种海洋工程文献标识码：A结构物在复杂海洋环境的运动与载荷，因而准确地文章编号：1001—2257(2013)06—0021—05模拟各种复杂

3、海洋环境成为海洋工程研究中的热点Abstract：Tostudytheinfluenceofcomplex和难点之一。风、浪和流等环境因素是海洋环境模marineenvironmentonAUVrecoveryprocess。this拟的重点。其中波浪的准确性尤为重要，难度也较paperestablishthree——dimensionaloceanwave高，因此，研究工作就主要集中在海洋工程水池中波modelbasedontheUDFmodelandVOFmodelin浪的模拟上。Fluent，andthenstudydrag，liftinterferenceof1海浪数学模型A

4、UVrecoveryprocess．Keywords：AUV；independentrecovery；high1．1线性双叠加模型seaconditions：numericalwavesimulation常见的数学模型有Longuet—Higgins及双叠加法模型等。其中Longuet—Higgins仅模拟了主风方向的海浪，双叠加模型在Longuet—Higgins模0引言型的基础上，将实际海浪视为不同方向上的波浪混AUV(autonomousunderwatervehicle)通常要合而成。公式为：MN自带能源在水下工作，工作时间和航行距离都有限(z，Y，￡)一∑∑口cosEk(x

5、cos0+制，这就需要回收，以补充能量、读取信息和维护保一1n-1ysin0．~)一co．~t+￡](1)障；尤其在下潜器自带的AUV用于水下目标探测、一般来说，M，N越大，波浪细节越丰富，波面越信息搜索、运载物品或者AUV为下潜器(因下潜器光滑，但同时会增大计算量，对波浪的实时绘制产生在回收过程中为回收平台，以下均称回收平台)提供影响。通过实验发现，M，N均取1O为实时性与视预警支持时口]，AUV完成使命后需要及时回收到觉逼真性之间的一个比较好的拟合点(随PC机配下潜器以提取资料，由于水下回收平台活动范围的置不同而有差异)。隐蔽性及安全性需要，回收过程无法使用母船和中继站等其他辅助

6、设备进行水面起吊回收；另外一些1．2修正的线性双叠加模型由于三角函数在计算机中的运算非常耗时，为收稿日期：2012—12—26了提高计算速度，通常主要考虑如何减少三角函数《机械与电子}2013(6)·21·的计算次数，利用各组成波的相位成一等差数列的制等问题。一方面，在模拟过程中要保证数值波浪特性，采用余弦函数的求和公式，通过前2个时刻的的品质，从而在充分发展的波浪计算域中能够正确余弦值来求出下一时刻余弦值，即分析其对AUV的影响；另一方面，计算网格又不能am．COS[-o)T~t+1一是(XCOSO~+ysin0m．)+]过多，否则对于现行计算来说，计算工作量将是巨大+nCOS[-

7、w~ti一1一是(xcos0．~+ysin0．~)+]一2的，时间也会很长_2]。×口COS[o)m,t一是(XCOS0n~+ysin0．~)+]×COS2．1模型的网格划分((u×At)(2)计算模型如图1所示。左侧突出区域为造波区这样，对于每个组成波而言，只要计算出每点在域，通过造波板造波；整个区域的左侧下半部分为来前2个时刻的函数值，后续时刻的函数值可以用减流入口，右侧为来流出口，考虑所要模拟波浪的波形法和乘法运算得到，而不用去计算余弦值，从而减少参