陀螺效应作用下水下航行体动力学特性研究

安装了旋转装置的水下航行体，其动力学特性必然会受到旋转装置产生的陀螺效应的影响。如何描述这种情况下旋转装置的陀螺效应对水下航行体动力学特性的影响，对于研究水下航行体的运动特性及操纵控制方法具有积极意义。 针对装有旋转装置的水下航行体，本文运用与陀螺效应和水下航行体相关的刚体运动学和陀螺力学理论，针对陀螺效应及其对水下航行体空间运动的影响规律进行了理论研究。假设旋转装置只受到由于跟随水下航行体一起运动而由其动量和动量矩所产生的外力的作用，这些外力或力矩均可以看成水下航行体的外力作用。在经典刚体力学的基础上，推导了适合于装有旋转装置水下航行体的运动方程和动力学方程，并结合一般水下航行体六自由度模型推导了计及陀螺效应作用下的水下航行体六自由度模型。 在水下航行体六自由度模型的基础上，对其进行了可仿真化处理，并进行了计算机仿真研究，分析了旋转装置在不同的质量、角速度、角加速度和不同的水下航行体方向舵角情况下，旋转装置的陀螺效应对水下航行体空间运动的影响规律。在此基础上，设计了相关实验平台，说明了实验平台的控制和实验方法，从而为进一步论证本文的仿真结果奠定了基础。 本文的研究成果为进一步研究在陀螺效应作用下的水下航行体动力学特性及其操纵控制方法奠定了一定的理论基础。