基于几何相似性对大型深潜载人潜水器无动力下潜和浮力的预测

《Scientific Reports》：Prediction of unpowered diving and floating for large-depth manned submersible based on geometric similarity

　　

摘要

大型深潜载人潜水器通常在无动力模式下进行下潜和浮起操作。在保证满意的下潜和浮起速度的前提下，这种模式可以显著降低能耗并延长水下作业时间，这是载人潜水器水下作业性能的关键基础之一。因此，研究无动力下潜和浮起运动的预测方法具有重要的工程意义。目前，现有的预测方法主要基于标准运动模型建立，其结果对模型中流体动力项的处理极为敏感，从而限制了预测的准确性。本文提出了一种基于几何相似性理论的载人潜水器无动力下潜和浮起运动预测方法，通过推导潜水器的下潜和浮起速度与其在水中的净重之间的关系来实现预测。以“蛟龙”号载人潜水器为研究对象，利用5000米深海试验数据，应用所建立的模型预测了7000米深度下的无动力下潜和浮起运动。对比分析表明，所提出的方法比传统的标准运动模型具有更高的预测准确性，这初步验证了其可行性和有效性，其通用性还需在后续研究中进一步检验。同时，该方法在开发过程中采用了许多假设，因此仅适用于同一载人潜水器的准稳态阶段，不适用于入水、压载物释放转换或涉及显著姿态耦合的运动等瞬态阶段。此外，该方法仅适用于作业应用阶段，而不适用于载人潜水器的演示和设计阶段。