海底地形及海底管道对AUV水动力性能干扰分析

摘要

随着海洋资源开发的脚步不断向深海迈进，智能水下机器人（AUV）在海洋资源开发中扮演越来越重要的角色，随着搭载设备的不同，AUV在海洋资源开发中主要承担着海洋环境资料收集、海洋资源探测、海洋设备检测等任务。当AUV在执行海底地形地貌的探测扫描、海底油气管道自主跟踪探测等任务时，由于设备性能的限制，需要AUV近海底航行。为了确保AUV安全、高效的完成近海底作业任务，分析海底地形及海底结构物对 AUV水动力性能的影响具有非常重要的意义。本文基于 CFD技术模拟AUV近海底运动，分析AUV受海底地形地貌和海底管道干扰时的扰流特性，从如下三方面开展研究工作：
　　1、数值模拟了SUBOFF模型的部分拘束模试验，得到了分析其操纵运动的主要水动力系数，计算结果与实验值进行了对比，误差满足工程实践要求；然后采用相同的方法数值预报了分析某AUV操纵运动的主要水动力系数。
　　2、数值模拟AUV近海底运动，分析海底地形对AUV水动力性能的影响。首先针对平坦海底地形，数值模拟 AUV不同近底距离的拖曳试验，分析了平坦海底对 AUV阻力、升力、力矩性能的影响；然后数值模拟AUV不同近底距离的纯升沉运动、纯横荡运动，预报了部分水动力系数随间距H的变化规律；最后考虑实际海底地形的复杂性，针对几种典型的海底地形，基于网格变形技术数值模拟AUV运动经过复杂海底地形，预报了垂向力和纵倾力矩随海底地形起伏的变化规律。
　　3、数值模拟了AUV基于光视觉跟踪管道的运动过程，分析其水动力性能受海底管道或海底管道及海底的耦合干扰情况。首先讨论了管道直径对AUV水动力性能的干扰情况；然后针对实际管道分布情况，预报了AUV受不同分布状态的管道干扰后的部分水动力系数随间距H的变化规律；最后模拟了AUV在两种管道分布交界区的运动，预报了交界区对AUV水动力性能的影响。

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第1章 绪论

1.1概述

1.2水下机器人发展现状

1.3水下机器人操纵性能研究现状

1.4水下机器人有限水域运动水动力性能研究现状

1.5论文主要工作

第2章 AUV水动力性能预报

2.1 CFD求解基本原理

2.2 SUBOFF水动力性能计算

2.3 AUV水动力性能计算

2.4本章小结

第3章 平坦海底地形对AUV水动力性能干扰分析

3.1近海底拖曳试验数值模拟

3.2近海底PMM运动数值模拟

3.3本章小结

第4章 复杂海底地形对AUV水动力性能干扰分析

4.1复杂海底地形概述

4.2单斜型陆坡带地形对AUV水动力性能影响

4.3海底基岩地形对AUV水动力性能的影响

4.4外陆架沙波地形对AUV的水动力性能影响

4.5冲蚀凹陷地形对AUV水动力性能影响

4.6本章小结

第5章 海底管道对AUV水动力性能干扰分析

5.1管道直径对AUV水动力性能的影响

5.2管道分布对AUV水动力性能的影响

5.3 过渡区对AUV水动力性能的影响

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成

致谢