冰下探测AUV及其布放回收机构的设计与实现

作     者：孔海鹏 

作者单位：杭州电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：章雪挺;彭时林;曾凡宗

授予年度：2024年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0804[工学-仪器科学与技术] 0802[工学-机械工程] 

主      题：AUV 充油式封装 模块化 动力学建模与仿真 冰下布放回收 

摘      要：极地冰下水域是地球生态系统中非常重要的一部分。对极地冰下水域的探测,具有重要的科学意义。目前国内外主要采用水下机器人实现冰下水域探测。针对水下机器人控制系统一体化封装后维护困难和通过冰孔部署困难的情况,本文设计了一款采用充油式模块化控制系统的冰下探测自主水下机器人(Autonomous Underwater Vehicles,AUV)及其冰下布放回收机构,解决了水下机器人控制系统维护困难的问题,并提出了一种AUV冰下布放回收方式。 首先由冰孔部署的特点确定了AUV的主体外形,再对AUV机械结构进行设计,包括总体设计、干式舱体设计、充油式模块化控制系统及其对应舱段设计、能源系统和推进系统设计等;在进行浮重计算后,确定了AUV的样机模型。然后对AUV模型进行动力学建模,通过分析模型所受外力得到了其一般空间运动方程,再利用Fluent软件仿真和经验公式估算得到了方程中的水动力系数,通过运动仿真对AUV进行了运动性能预测。接着对其冰下布放回收机构进行设计,先确定了其布放回收方案,主要进行了对接坞喇叭口可展开收缩模块的设计,并通过AUV与对接坞的碰撞过程仿真分析,验证了喇叭口设计的合理性,并给出了AUV冰下布放回收流程。 通过对充油式模块化控制系统中的充油模块进行了耐压试验,验证了充油模块耐压能力可达65MPa;AUV样机的搭建和基础航行测试,验证了其模块化控制系统的易维护性和AUV良好的基础航行功能;冰下布放回收模拟试验,验证了旋转对接坞机构冰下布放回收AUV的可行性。上述试验表明了本文提出的方案具备可行性,系统继续优化后有望应用于极地深冰层的冰下探测。