王金強(qiáng)， 王聰， 魏英杰， 張成舉

(哈爾濱工業(yè)大學(xué) 航天學(xué)院， 黑龍江 哈爾濱 150001)

0 引言

水下滑翔機(jī)是一種利用凈浮力和姿態(tài)角調(diào)節(jié)獲得驅(qū)動(dòng)力的新型自治水下機(jī)器人[1]。目前，世界上傳統(tǒng)水下滑翔機(jī)外形大多為類(lèi)魚(yú)雷的流線(xiàn)型，如Slocum滑翔機(jī)、Seaglider滑翔機(jī)及Spray滑翔機(jī)[2]。3種水下滑翔機(jī)均采用浮力驅(qū)動(dòng)，水下續(xù)航時(shí)間可達(dá)上百天，最大航程超過(guò)2 000 km，具有極強(qiáng)的續(xù)航能力和能源利用效率。傳統(tǒng)水下滑翔機(jī)易受垂直于機(jī)身的海底洋流影響[3]，且難以提供較高升力，即使搭配高展弦比水翼的情況下，其最大升阻比也只能達(dá)到5，嚴(yán)重影響了水下滑翔機(jī)的經(jīng)濟(jì)性[4]。

飛翼式水下滑翔機(jī)機(jī)身與機(jī)翼緊密結(jié)合在一起，形成有助于流體升力的扁平式流線(xiàn)外形，且在同一水層運(yùn)動(dòng)時(shí)受各個(gè)方向的來(lái)流阻力較小，具有良好的抗洋流干擾能力[5-6]，從而引起了眾多國(guó)內(nèi)外研究人員和研究機(jī)構(gòu)的濃厚興趣，并進(jìn)行了相關(guān)的理論研究和仿真實(shí)驗(yàn)。美國(guó)Webb公司[7]對(duì)其生產(chǎn)的多功能飛翼式Discus水下滑翔機(jī)所進(jìn)行的水下抗干擾實(shí)驗(yàn)表明，飛翼式水下滑翔機(jī)所受垂直于機(jī)身的海底洋流阻力較小，具有良好的坐底穩(wěn)定性。宋保維等[8]研發(fā)的四旋翼飛翼式水下滑翔機(jī)進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)仿真表明，四旋翼飛翼式水下滑翔機(jī)在水下具有一定的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，驗(yàn)證了水下航行的可能性。王金強(qiáng)等[9]對(duì)自主設(shè)計(jì)的飛翼式蝶形水下滑翔機(jī)進(jìn)行了相關(guān)流動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)和運(yùn)動(dòng)仿真實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，與傳統(tǒng)水下滑翔機(jī)相比，飛翼式蝶形水下滑翔機(jī)具有更優(yōu)的綜合水動(dòng)力性能，并從理論上驗(yàn)證了其水下滑翔的可能性。然而，大多數(shù)飛翼式水下滑翔機(jī)均采用浮力驅(qū)動(dòng)，在水下也只能做鋸齒或螺線(xiàn)形軌跡航行[10]，軌跡精度較低、航速慢、機(jī)動(dòng)能力弱，在波浪較大的海面上受到的影響較大。

基于上述分析，綜合考慮水動(dòng)力性能、續(xù)航能力、機(jī)動(dòng)性、軌跡精度及抗洋流干擾性，本文提出了一種以浮力驅(qū)動(dòng)為主，同時(shí)具有螺旋槳驅(qū)動(dòng)的飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)此類(lèi)水下滑翔機(jī)的研究相對(duì)較少，本文采用數(shù)值仿真和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法對(duì)飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)的流動(dòng)特性進(jìn)行分析，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真和模型外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)，最終獲得其相關(guān)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，結(jié)論可為新型水下滑翔機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。

1 數(shù)學(xué)模型的建立

1.1 坐標(biāo)系與運(yùn)動(dòng)參數(shù)

為了描述飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)的數(shù)學(xué)模型，定義兩個(gè)坐標(biāo)系分別為慣性坐標(biāo)系Eξηζ和隨體坐標(biāo)系Bxyz，如圖1所示。慣性坐標(biāo)系原點(diǎn)固定在水面，Eζ軸豎直向下且始終指向地心。隨體坐標(biāo)系原點(diǎn)固定在飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)浮心處，Bx軸、By軸、Bz軸滿(mǎn)足右手定則，且分別指向飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)正前方、正右方、正下方。

慣性坐標(biāo)系下，飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)位置參數(shù)可分別表示為b=[ξ,η,ζ]T和ω=[φ,θ,φ]T，φ為橫滾角，θ為俯仰角，φ為偏航角。隨體坐標(biāo)系下，轉(zhuǎn)換速度和角速度分別為υ=[u,v,w]T和Ω=[p,q,r]T，位置參數(shù)與速度參數(shù)間關(guān)系可利用轉(zhuǎn)換矩陣Λ分別表述為

(1)

(2)

1.2 動(dòng)力學(xué)建模

飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)滑翔狀態(tài)設(shè)計(jì)航速0.5 m/s，通過(guò)內(nèi)部平移滑塊控制姿態(tài)，螺旋槳推進(jìn)狀態(tài)航速1.5 m/s，主要通過(guò)尾部舵翼和螺旋槳進(jìn)行姿態(tài)調(diào)節(jié)?；铏C(jī)總質(zhì)量mtot=mh+mw+ml+mb，其中：mh為固定質(zhì)量，即非移動(dòng)部件質(zhì)量，主要包括螺旋槳、動(dòng)力模塊、艇體外殼等；ml和mw分別為縱向和橫向調(diào)位滑塊質(zhì)量，用于調(diào)節(jié)飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)在滑行狀態(tài)時(shí)的俯仰角和橫滾角；mb為壓載質(zhì)量，位于滑翔機(jī)浮心處，用于控制其上浮或下潛運(yùn)動(dòng)。則根據(jù)多體動(dòng)力學(xué)理論可知在慣性坐標(biāo)系下飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)的動(dòng)力學(xué)方程為

(3)

式中：p和L分別為在慣性坐標(biāo)系下水下滑翔機(jī)的總動(dòng)量和動(dòng)量矩；ph、pl、pw和pb分別為固定質(zhì)量動(dòng)量、縱向平移滑塊動(dòng)量、橫向平移滑塊動(dòng)量、壓載質(zhì)量動(dòng)量；Fi(i=1,2,…,n)和Mj(j=1,2,…,m)分別為外界流體、螺旋槳和尾舵作用在飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)上的合外力和合力矩；g為重力加速度；ζ為重力方向上的單位矢量；B為浮力；Fh、Ft、Fc分別為慣性坐標(biāo)系下飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)所受水動(dòng)力、螺旋槳推力、尾舵控制力；ri為外力作用點(diǎn)在慣性坐標(biāo)系內(nèi)的矢徑；K=1，2，…，N為外力個(gè)數(shù)。

利用轉(zhuǎn)換矩陣Λ可得隨體坐標(biāo)系和慣性坐標(biāo)系下相應(yīng)動(dòng)量和動(dòng)量矩的關(guān)系為

(4)

式中：ps和Ls分別為隨體坐標(biāo)系下總動(dòng)量和總動(dòng)量矩；psh、psl、psw、psb分別為隨體坐標(biāo)系下固定質(zhì)量、縱向平移滑塊、橫向平移滑塊、壓載質(zhì)量在隨體坐標(biāo)系下的動(dòng)量。

結(jié)合方程(3)式和方程(4)式最終得出在隨體坐標(biāo)系下飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)的動(dòng)力學(xué)方程為

(5)

式中：Fst、Mst、Fsh、Fsc分別為隨體坐標(biāo)系下飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)所受螺旋槳推力及其旋轉(zhuǎn)力矩、水動(dòng)力、滑翔機(jī)尾舵控制力，其中Fst=CFρn2D4ξ，Mst=CTρn2D5ξ，CF、CT、n、D分別為螺旋槳推力系數(shù)、力矩系數(shù)、轉(zhuǎn)速、外徑，ρ為水的密度，F(xiàn)sh、Fsc具體形式詳見(jiàn)參考文獻(xiàn)[11]. (5)式中前2項(xiàng)即為水下滑翔機(jī)動(dòng)力學(xué)方程，與(1)式和(2)式共同構(gòu)成該系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)方程。

2 水動(dòng)力特性分析

為更好地說(shuō)明飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)(模型1)的流動(dòng)特性，本文將其與參考文獻(xiàn)[12]中傳統(tǒng)混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)(模型2)一同進(jìn)行水動(dòng)力仿真，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，三維模型及對(duì)應(yīng)幾何參數(shù)如圖2和表1所示。

表1 模型幾何參數(shù)Tab.1 Geometric parameters of models

2.1 數(shù)值計(jì)算方法

2.1.1 控制方程

分析飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)水動(dòng)力特性，其實(shí)就是求解Navier-Stokes方程。結(jié)合其水下實(shí)際運(yùn)行環(huán)境，假設(shè)流體均為不可壓縮流體，則控制方程具體為

?(ρui)/?t+?(ρuiuj)/?xj=

(6)

考慮飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)表面曲率變化較大，故選用對(duì)計(jì)算單元具有較強(qiáng)適應(yīng)能力的剪切應(yīng)力傳遞(SST)湍流模型對(duì)其流體動(dòng)力特性進(jìn)行分析，初始湍動(dòng)能及耗散率均取0.02，并利用SIMPLE算法對(duì)壓力速度耦合方程進(jìn)行求解，離散方程中擴(kuò)散項(xiàng)采用中心差分格式，對(duì)流項(xiàng)以2階迎風(fēng)格式離散[13]，時(shí)間為定常項(xiàng)。

湍流強(qiáng)度方程為

(7)

湍流頻率方程為

(8)

式中：pk為層流速度梯度所產(chǎn)生的湍流動(dòng)能；σk和σω分別為湍流強(qiáng)度和湍流頻率的普朗特?cái)?shù)；μz為渦黏度，μz=-ρk/ω；t為時(shí)間；k、U、bk、ω、bω為中間變量。

2.1.2 計(jì)算模型和網(wǎng)格劃分

計(jì)算模型均按實(shí)艇建模，設(shè)飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)全長(zhǎng)為l，則模型計(jì)算域全長(zhǎng)設(shè)為12l，直徑為6l. 采用與曲面適應(yīng)能力較強(qiáng)的四面體網(wǎng)格對(duì)模型表面和螺旋槳等曲率變化較大的區(qū)域進(jìn)行加密細(xì)化，并結(jié)合尺度函數(shù)以保證網(wǎng)格合理的疏密分布。對(duì)于外部流場(chǎng)則采用質(zhì)量較高的六面體網(wǎng)格，保證整體混合網(wǎng)格質(zhì)量不低于0.6，流場(chǎng)邊界為速度入口、壓力出口和滑移壁面邊界條件，水下滑翔機(jī)表面設(shè)為不滑移邊界，網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖3所示。

2.1.3 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證

針對(duì)圖3所示的計(jì)算模型，建立網(wǎng)格數(shù)量分別為300萬(wàn)、400萬(wàn)、500萬(wàn)3種不同精度的網(wǎng)格，分別對(duì)模型1在航速0.5 m/s、攻角0°～21°(間隔3°)工況下的阻力系數(shù)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，不同網(wǎng)格數(shù)量下的阻力系數(shù)變化趨勢(shì)基本相同，其中，網(wǎng)格數(shù)量為400萬(wàn)和500萬(wàn)的計(jì)算結(jié)果幾乎無(wú)差異，因此綜合考慮計(jì)算精度和計(jì)算資源，本文采用網(wǎng)格數(shù)量為400萬(wàn)的網(wǎng)格進(jìn)行數(shù)值計(jì)算分析。

2.2 數(shù)值計(jì)算方法驗(yàn)證

為驗(yàn)證數(shù)值計(jì)算方法的準(zhǔn)確性，按照2.1.3節(jié)方法計(jì)算模型1，在航速0.5 m/s、攻角0° ～21°(間隔3°)工況下的阻力系數(shù)、升力系數(shù)、力矩系數(shù)與拖曳水池實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖5所示。

由圖5可知，對(duì)于模型1的阻力系數(shù)、升力系數(shù)和俯仰力矩系數(shù)，數(shù)值計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果變化規(guī)律基本一致，且二者最大相對(duì)誤差分別為8.78%、9.12%和8.65%，均小于10%，驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。

2.3 仿真結(jié)果分析

基于上述數(shù)值計(jì)算方法，對(duì)飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)和傳統(tǒng)混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)在航速0.5～3.0 m/s(間隔0.5 m/s)、攻角0°～21°(間隔3°)工況下的阻力特性、升力特性和升阻比，以及攻角為0°、漂角0°～21°(間隔3°)工況下的阻力特性進(jìn)行仿真分析，此處本文以航速0.5 m/s和1.5 m/s兩種典型工況為例，仿真結(jié)果如圖6～圖10所示。

由圖6和圖7可知，在相同航速下，模型1和模型2的阻力系數(shù)與攻角或漂角均呈二次函數(shù)關(guān)系，且阻力系數(shù)及其增長(zhǎng)速率均隨著攻角或漂角的增加而增大。相比模型2，模型1阻力系數(shù)隨攻角增加相對(duì)較快，但隨漂角的增加相對(duì)較慢。結(jié)合模型外形分析可知，原因在于增加相同攻角時(shí)，相比模型2，模型1在阻力作用面上的投影面積增加更快，阻力增加更明顯，而增加相同漂角時(shí)，其在阻力作用面上的投影面積增加相對(duì)較小，使阻力增加緩慢。但從整體上分析，在相同攻角或漂角下，模型2的阻力系數(shù)均小于模型1，說(shuō)明模型2的低阻層流外殼具有更優(yōu)的阻力特性。

由圖8和圖9可知，在相同攻角下，模型1的升力系數(shù)和俯仰力矩系數(shù)均遠(yuǎn)大于模型2，結(jié)合2種模型的外形特點(diǎn)可知，這是由于在相同攻角下，相比模型2，模型1在升力作用面上的投影面積更大，因此可產(chǎn)生更大的流動(dòng)升力，表明模型1在升力特性方面具有更加明顯的優(yōu)勢(shì)。而在相同航速下，2種模型的升力系數(shù)和俯仰力矩系數(shù)均隨著攻角增加而增大，且增長(zhǎng)趨勢(shì)均逐漸趨于平緩。

由圖10可知，模型1和模型2的升力系數(shù)與阻力系數(shù)之比(簡(jiǎn)稱(chēng)升阻比)均隨航速增加而減小，且均隨攻角呈先增大、后減小趨勢(shì)。模型1在2種工況下的最大升阻比分別為9.93和7.38，均出現(xiàn)在攻角12°附近，遠(yuǎn)大于模型2，具有更佳的滑翔經(jīng)濟(jì)性能。

俯仰力矩和升阻比是衡量水下滑翔機(jī)綜合水動(dòng)力性能的重要指標(biāo)，為綜合描述飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)的水動(dòng)力性能，本文采用參考文獻(xiàn)[14]中水動(dòng)力性能加權(quán)公式：

(9)

式中：ω1、ω2為水動(dòng)力加權(quán)系數(shù)，ω1=0.6,ω2=0.4；FL(α)、FD(α)分別為模型升力、阻力，α為攻角；Mθ(α)為俯仰力矩。利用(9)式計(jì)算出模型1和模型2在典型工況下的綜合水動(dòng)力參數(shù)，如表2所示。

表2 綜合水動(dòng)力性能對(duì)照表Tab.2 Comparison of hydrodynamic performances

由表2可知，在2種典型工況下，模型1的綜合水動(dòng)力加權(quán)系數(shù)遠(yuǎn)大于模型2，即飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)具有更優(yōu)的綜合水動(dòng)力性能，水下工作效率更高。

3 運(yùn)動(dòng)仿真與實(shí)驗(yàn)

將飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)方程矢量式進(jìn)行展開(kāi)，得到其所對(duì)應(yīng)的微分形式，編寫(xiě)數(shù)值仿真程序，并帶入模型幾何參數(shù)和數(shù)值計(jì)算所得的各項(xiàng)無(wú)因次水動(dòng)力系數(shù)，分別對(duì)飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)推進(jìn)狀態(tài)和滑翔狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真分析，同時(shí)建立實(shí)艇模型，進(jìn)行水下運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)。飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)幾何參數(shù)如表3所示。水動(dòng)力系數(shù)采用參考文獻(xiàn)[15]中數(shù)值方法計(jì)算得出，計(jì)算結(jié)果如表4所示。其他耦合水動(dòng)力系數(shù)可由表4中系數(shù)推導(dǎo)得出，本文不做詳細(xì)介紹。

表3 飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)幾何參數(shù)Tab.3 Geometric parameters of underwater glider

表4 無(wú)因次水動(dòng)力系數(shù)Tab.4 Dimensionless hydrodynamic coefficients of the model

3.1 推進(jìn)狀態(tài)運(yùn)動(dòng)仿真

飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)推進(jìn)狀態(tài)主要利用尾部螺旋槳與舵翼控制其運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，可實(shí)現(xiàn)短距離加速，與滑翔狀態(tài)相比具有較強(qiáng)的軌跡精度和抗干擾能力。本文利用ode45算法對(duì)其運(yùn)動(dòng)微分方程進(jìn)行求解，以Input=[mb,rlx,rwy,n,δr,δs]為控制量，式中：δr為尾翼垂直翼舵角，右舵為正；δs為尾翼水平翼舵角，下舵為正；rwy、rlx分別為橫向、縱向調(diào)位滑塊在隨體坐標(biāo)系下的橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)。飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)初始運(yùn)動(dòng)參數(shù)取Initial=[u,v,w,p,q,r,x,y,z,φ,θ,φ]，除橫滾角φ取-2°外，其他初始運(yùn)動(dòng)參數(shù)數(shù)值均設(shè)為0，以Input=[0 kg,0 m,0 m,12 r/s,0°,0°]直航10 s，以Input=[0 kg,0 m,0 m,12 r/s,4°,-8°]水下航行100 s，以Input=[0 kg,0 m,0 m,12 r/s,-4°,8°]航行100 s，共仿真210 s，仿真結(jié)果如圖11所示。

由圖11可知，仿真過(guò)程中飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)可穩(wěn)定地完成推進(jìn)狀態(tài)下直航及螺旋下潛運(yùn)動(dòng)，總航速為1.88 m/s，垂向穩(wěn)定速度為0.56 m/s，回轉(zhuǎn)半徑為18.43 m，回轉(zhuǎn)螺距為19.58 m，橫滾角φ穩(wěn)定在初始值-2°，俯仰角θ穩(wěn)定在±30°，110 s時(shí)達(dá)到最大下潛深度56.13 m.

3.2 滑翔狀態(tài)運(yùn)動(dòng)仿真

滑翔運(yùn)動(dòng)是目前各類(lèi)水下滑翔機(jī)所采用的主流運(yùn)動(dòng)模式，具有極強(qiáng)的續(xù)航能力。本文考慮姿態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程中參數(shù)變化的影響，并假設(shè)上述變化為勻速過(guò)程[9]，定義橫向、縱向調(diào)位滑塊的移動(dòng)速度均為0.02 m/s，壓載質(zhì)量變化速度為0.1 kg/s，初始運(yùn)動(dòng)參數(shù)Initial=[u,v,w,p,q,r,x,y,z,φ,θ,φ]數(shù)值均設(shè)為0，以Input=[0.5 kg,0 m,0.1 m,0 r/s,0°,0°]水下滑行90 s，以Input=[-0.5 kg,0 m,-0.1 m,0 r/s,0°,0°]滑行90 s，滑行200 s為一個(gè)周期，共仿真600 s，仿真結(jié)果如圖12所示。

由圖12可知，仿真過(guò)程中水下滑翔機(jī)俯仰角θ穩(wěn)定在±28°左右，前進(jìn)速度始終穩(wěn)定在0.62 m/s左右，垂向速度約為0.38 m/s，最大前進(jìn)位移352.81 m，100 s時(shí)達(dá)到最大下潛深度33.24 m.

3.3 模型外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)

飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)模型運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)于黑龍江省蓮花湖中進(jìn)行。模型推進(jìn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及滑翔狀態(tài)初始運(yùn)動(dòng)參數(shù)數(shù)值均設(shè)為0. 其中，模型推進(jìn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制量取Input=[0 kg,0 m,0 m,12 r/s,0°,0°]直航10 s，以Input=[0 kg,0 m,0 m,12 r/s,4°,-8°]水下航行100 s. 模型水下滑翔運(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制量?。阂訧nput=[0.5 kg,0 m,0.1 m,0 r/s,0°,0°]滑行100 s，以Input=[-0.5 kg,0 m,-0.1 m,0 r/s,0°,0°]滑行100 s，滑行200 s為一個(gè)周期，共運(yùn)行600 s. 相同初始運(yùn)動(dòng)參數(shù)及控制量條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果如圖13所示。

由圖13可知，對(duì)于推進(jìn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中水下滑翔機(jī)回轉(zhuǎn)半徑約為17.58 m，回轉(zhuǎn)螺距約為17.92 m，平均下潛速度為0.49 m/s，于110 s時(shí)達(dá)到最大深度49.34 m. 對(duì)于滑翔狀態(tài)，水下滑翔機(jī)垂向平均速度為0.32 m/s，100 s時(shí)達(dá)到最大深度31.96 m，與其運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果具有良好的一致性。

4 結(jié)論

本文采用實(shí)驗(yàn)和仿真相結(jié)合的方法對(duì)飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)在小范圍攻角、漂角工況下的水動(dòng)力特性和運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行分析，為下一步水下滑翔機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制提供了基礎(chǔ)，具體結(jié)論如下：

1)建立了確定飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)水動(dòng)力特性的數(shù)值模擬方法，仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有良好的一致性，驗(yàn)證了數(shù)值計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。

2)與傳統(tǒng)混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)相比，飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)在綜合水動(dòng)力性能和滑翔經(jīng)濟(jì)性方面具有更加明顯的優(yōu)勢(shì)。

3)建立了考慮飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)姿態(tài)調(diào)節(jié)過(guò)程參數(shù)變化的運(yùn)動(dòng)仿真方法，仿真結(jié)果與模型外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有良好的一致性，驗(yàn)證了所采用運(yùn)動(dòng)仿真方法的準(zhǔn)確性。

4)飛翼式混合驅(qū)動(dòng)水下滑翔機(jī)推進(jìn)、滑翔運(yùn)動(dòng)狀態(tài)過(guò)程中，其速度、位移等運(yùn)動(dòng)參數(shù)除改變運(yùn)動(dòng)模式時(shí)存在短時(shí)間波動(dòng)外，其他時(shí)刻運(yùn)動(dòng)狀態(tài)均保持穩(wěn)定，驗(yàn)證了其水下運(yùn)動(dòng)的可能性。