剪切流傳感器與水下滑翔機(jī)集成應(yīng)用研究.pdf

1、海洋湍流對研究海洋中微觀和宏觀運(yùn)動有重要意義,剪切流傳感器是目前測量海洋湍流的最有效工具。作為一種新型傳感器搭載平臺，水下滑翔機(jī)的出現(xiàn)為海洋湍流測量提供了新的契機(jī)。由于水下滑翔機(jī)具有能耗低、續(xù)航能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，將剪切流傳感器與水下滑翔機(jī)進(jìn)行集成應(yīng)用，可使得長時序、大范圍的湍流測量成為可能。
　　本文針對剪切流傳感器與水下滑翔機(jī)的有效集成問題，進(jìn)行如下研究工作。首先，考慮到剪切流傳感器工作要求和滑翔機(jī)運(yùn)動特點(diǎn)，對測量系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)集成條

2、件分析和整體設(shè)計。其次，分析搭載方式和位置對湍流測量的影響，確定湍流測量系統(tǒng)在滑翔機(jī)上的最佳搭載方式和位置，并進(jìn)行基于湍流測量的水下滑翔機(jī)運(yùn)動特性分析，同時分析了運(yùn)動控制量對運(yùn)動狀態(tài)參數(shù)的影響。同時考慮到測量平臺的振動會影響測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，使用相干函數(shù)分析振動信號，并采用頻響函數(shù)進(jìn)行濾波，提高了測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度。最后通過水池實(shí)驗和海域?qū)嶒烌炞C搭載剪切流傳感器后滑翔機(jī)的運(yùn)動性能及湍流測量的準(zhǔn)確性。
　　本文主要研究成果包括：<

3、br>　　對湍流測量系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)集成條件分析及整體設(shè)計。一方面，為了滿足剪切流傳感器的正常工作要求，分析了測量系統(tǒng)集成過程中對水下滑翔機(jī)的約束，主要包括滑翔速度、共振頻率、攻角等。另一方面，對湍流測量系統(tǒng)的關(guān)鍵電子元器件進(jìn)行選型分析以及對外壓殼體進(jìn)行設(shè)計。
　　使用計算流體力學(xué)方法分析不同的安裝方式和安裝位置對湍流測量的影響，確定安裝位置，并通過經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性指標(biāo)選擇較好的安裝方式。針對搭載有湍流測量系統(tǒng)的水下滑翔機(jī)，基于動量定理

4、和動量矩定理進(jìn)行動力學(xué)建模，獲得水下滑翔機(jī)在縱垂面內(nèi)典型鋸齒運(yùn)動的動力學(xué)方程，并進(jìn)行運(yùn)動仿真，獲得控制量與狀態(tài)參數(shù)的關(guān)系。
　　研究了測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法，提高了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度。運(yùn)用相干函數(shù)分析振動信號與湍流信號的關(guān)系，評估振動信號在不同頻段對湍流信號的影響程度，并通過頻響函數(shù)去除振動信號，從而獲得準(zhǔn)確的湍流數(shù)據(jù)。將原始湍流信號和去除振動干擾后的湍流信號波數(shù)譜分別與Nasmyth譜對比，評定該分析方法的準(zhǔn)確性。
　　研制出湍流測