GPS天线球在AUV上的拖曳运动分析

AUV在长时间作业过程中需要浮出水面进行GPS定位，既浪费时间又浪费能源，因此仿照潜艇上的拖曳天线的形式，在AUV上采用了形状简单的GPS天线球，这种天线球的拖曳运动特性是本文的主要研究内容。 本文分析了这种天线球在静水环境下的拖曳运动情况，建立了拖曳系统的数学模型。其中对于缆绳采用了Ablow提出的有限差分模型，对于自由表面上的天线球，采用水动力系数法进行分析，对耦合的系统采用前向差分法进行求解。在此基础上编制程序进行仿真。 为了验证仿真结果，在拖曳水池进行了拖曳试验。在试验中通过改变拖曳速度和缆绳长度，得到了一系列的张力数据和天线球姿态。对试验数据和计算结果的比较表明，上面的数学模型在速度小于2节时能够模拟真实情况，反之则会出现较大的误差。经过查找，本文排除了试验误差和计算参数选取不当这两个可能的原因，最终认定是天线球的模型不够完善，因为它在自由表面上受到了兴波阻力的作用。 本文也对有限差分程序的结果和叶果洛夫给出的缆绳数据进行了比较，比较表明基于本文编写的缆绳分析程序是可靠的。在此基础上，本文把拖曳试验测量到的张力作为边界条件对实际工程进行了分析计算，指出目前缆绳长度14米的情况不能满足期望的10米拖曳深度；若要拖曳深度达到10米，需要加大天线球的浮力并增加缆绳长度，本文也给出了这种情况下的几组参数的具体值。