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空投型AUV滑翔系统结构设计

摘要

自主水下机器人（AutonomousUnderwaterVehicle，AUV）作为水下机器人领域的

重要组成部分，其广泛应用于水下考察、水下数据收集以及水下扫雷、救生等领域，是

21世纪中期后研究海洋资源的新型技术。空投型AUV与传统AUV相比具有布放速度

快、隐蔽性高等优点。该论文结合国内外相关类型设计研究经验，针对高空投放场景，

设计一台可以搭载在AUV上的滑翔系统结构，主要进行以下研究工作：

依据高空作业环境以及入水情况提出空投型AUV的总体设计方案。首先分析技术

指标以及任务需求，确定机翼具体的布局选型；其次对空投型AUV的外形框架、推进

系统、导航系统、机翼系统、机翼折叠系统和控制系统进行分析与选型；再对空投型AUV

进行重量估算和AUV外形设计；最后利用三维建模软件完成空投型AUV总体布局及

装配。

开展空投型AUV机翼结构的详细设计。首先，对其机翼进行参数估算并选择合适

的机翼材料；其次，通过改进传统的机翼内部结构从而提高机翼的空中滑翔以及入水性

能，并确定其主机翼与尾翼相对于AUV的位置分布；再利用CAE软件完成机翼的强度

仿真、稳定性仿真以及模态分析，初步分析机翼的结构强度；最后对其进行入水仿真分

析，模拟不同迎角、不同速度工况下入水，从而对机翼施加最大冲击力载荷，以确保机

翼的结构强度，验证该机翼设计方案的可行性。

开展对空投型AUV机翼折叠装置的详细设计。根据其功能需求确定折叠装置的具

体选型，按照模块化设计将整个折叠装置分为自轴转动系统、齿轮传动系统、外框架系

统，分别对其进行参数设计并建立相应的三维模型；其次，计算额定功率，选择合适的

驱动电机和折叠装置的材料；再利用CAE软件对其主要承力结构进行有限元分析，验

证其折叠过程中以及折叠后的结构稳定性；最后完成折叠装置舱的密封处理。

利用简化模型开展空投型AUV气动特性的相关计算。采用XFLR5软件和STAR-

CCM+软件对空投型AUV在不同迎角、不同速度下的气动性能进行仿真分析，通过对

比计算数据结果以及分析失速状态，以此来验证计算结果是否满足设计要求。

关键词：空投型AUV；结构设计；滑翔系统；数值模拟

空投型AUV滑翔系统结构设计

Abstract

AutonomousUnderwaterVehicle(AUV),asanimportantpartoftheunderwaterrobot

field,iswidelyusedinunderwaterinvestigation,underwaterdatacollection,underwater

minesweeping,lifesavingandotherfields,andisanewtechnologytostudyMarineresources

afterthemiddleofthe21stcentury.ComparedwithtraditionalAUVs,air-droppedAUVshave

theadvantagesoffasterdeploymentandhigherconcealment.Basedondomesticandforeign

experienceintypedesignresearch,thispaperdesignsaglidesystemstructurethatcanbe

mountedontheAUVforhigh-altitudelaunchscenarios.Themainresearchworkisasfollows:

Accordingtothehighaltitudeworkingenvironmentandwaterentrycondition,theoverall

designschemeofairdropAUVisproposed.