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自主式水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,简称AUV)主要进行水下海洋勘探和海洋作业。因此实现AUV从水面快速下潜或上浮是AUV有效作业的必要过程。但是,AUV的下潜过程是一个复杂的操纵响应过程,关系到AUV的航行安全。这个过程一般包括三个阶段:调整纵倾准备下潜、定速定向下潜、调整纵倾定深直航。准确预报AUV的潜浮运动有利于提高AUV的安全性和操控性。本文拟采用类物理的数值模拟方法对AUV自航下潜运动进行模拟,采用由简到繁,逐层验证的思想,将AUV自航下潜模拟分解为以下三个研究内容:首先对AUV拖曳螺旋桨下潜运动进行数值模拟。建立AUV带桨舵的全附体模型,构建适合AUV纵倾、纵荡和垂荡三个自由度耦合的多块动态混合网格模型,采用预定义方法实现AUV拖曳下潜模拟,获得了 AUV拖曳下潜运动过程的受力和流场特征。此过程螺旋桨作为阻力源。初始时刻流场不稳定,AUV阻力最大,随着持续拖曳运动,流场渐趋稳定,AUV阻力达到稳定。其次对AUV强制自航下潜进行数值模拟。采用原载体模型和网格方法,构建适合螺旋桨旋转运动、AUV纵倾、纵荡和垂荡四个自由度耦合的网格运动区域方法,计算这四个自由度耦合的运动响应,实现AUV强制自航下潜数值模拟。此过程螺旋桨产生推力。流场的不稳定导致AUV阻力由大到小变化,最终趋于稳定。最后对AUV自由自航下潜进行数值模拟。此过程模拟螺旋桨推进AUV由静止开始加速下潜运动。通过构建UDF函数,将螺旋桨产生推力传递给AUV,求解雷诺平均N-S方程和六自由度方程,获得AUV加速度,并进行积分获得AUV速度,此速度传递给螺旋桨,改变了螺旋桨的进流场,使螺旋桨产生新的推力,如此迭代循环,直到AUV的推力和阻力相等,AUV的速度达到稳定状态,数值计算终止。此过程获得AUV在螺旋桨600rpm的转速下,最终航速稳定在1.5m/s左右。通过这三种AUV下潜运动的数值模拟,将AUV匀速状态下的阻力进行对比,验证了 AUV自航下潜类物理数值模拟的可行性,同时也说明了本文采用的多块动态混合网格方法的可行性。这为后续进行AUV更加复杂的操纵运动的类物理数值模拟提供了方法。