摘 要分析大深度潜航器水下空间运动特点，建立描述其空间运动的数学模型，并以数学模型为基础利用MATLAB\Simulink软件完成潜航器空间运动仿真模型的开发。在搭建的仿真模型基础上，通过数学仿真手段分析了潜航器在螺旋下潜、抛载过渡、定角爬升、稳定至水面航行状态下的水下运动全过程，给出了具有弧形翼板的潜航器外形设计方案的运动能力仿真评估，为后续潜航器运动能力优化设计提供仿真依据。
关键词大深度潜航器；数学模型；弧形翼板；运动仿真
引 言
自主式水下无人潜航器（AUV）是在无人操控的情况下自主完成复杂海洋环境作业的水下机器人，广泛应用于海洋观测和海洋作业领域[1-2]。对于大深度作业的潜航器，其续航能力、空间运动能力、航行稳定性等是其水下深海作业的基础。通过数学仿真手段，分析大深度潜航器水下空间运动状态，对潜航器总体设计和参数优化具有深远的指导意义。
本文研究的大深度潜航器为深海搜索探测型AUV，其通过释放浮筒装置产生负浮力，并结合安装在头部附近的弧形翼板提供侧向力和力矩，实现潜航器的无动力螺旋下潜。当潜航器到达预定水深时，将弧形翼板和下潜压载同时释放，此时潜航器稳定过渡至预定水深航行；当潜航器上浮时，通过释放上浮压载产生正浮力实现定角爬升；当接近水平面时，释放平衡压载实现稳定过渡至水面。其水下空间运动过程如图1所示。本文对潜航器在大攻角条件下进行运动建模与仿真，分析其在弧形翼板作用下的螺旋下潜以及抛载调节质浮心距实现下潜、上浮的运动特性，并实现各运动过程之间进行切换，给出潜航器水下空间运动全过程仿真结果。
1潜航器外形
2潜航器空间运动建模
2.1建模流程
2.2建模坐标系
2.3数学模型
2.4 仿真模型
3潜航器空间运动仿真
3.1 仿真设置
3.2 仿真曲线
3.3 结果分析
结束语
本文对大深度潜航器的空间运动模型和运动仿真展开了分析和研究。针对潜航器空间运动特点，建立符合其空间运动规律的数学模型和仿真模型；以仿真模型为基础，通过数学仿真方法分析了潜航器在螺旋下潜、抛载过渡、定角爬升、稳定至水面运动的全过程运动状态。仿真结果表明：本文所研究的潜航器采用弧形翼板设计可实现螺旋下潜功能，且航行稳定；通过抛载实现潜航体质浮心距的调节，满足了潜航器在上浮过程定角爬升的要求。
通过对大深度作业下潜航器的建模与空间运动仿真研究，可为设计人员在潜航器弧形翼板总体方案设计及运动参数优化方面提供有效的考核验证手段，有效指导设计人员评估潜航器的空间运动能力，提前释放设计风险。
原文刊登于《数字海洋与水下攻防》第1期
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