水下滑翔機之動態模擬

Abstract

水下滑翔機在水中的滑翔原理，是籍其所謂「浮力引擎」，控制機體內一空室的貯水量，以改變機體的浮力大小及浮心位置，使機體發生浮沉運動，且在上升或下沉的過程中，向前滑航。因為在整個浮沉滑航過程中，只要在特定的水深位置，需要改變上昇或下沉的航程時，啟動浮力引擎外，滑航時不再需要額外推進動力，故有低耗能的優點，因此適用於大範圍的水下水文資料之蒐集。然而，水下滑翔機的原始浮心與重心的相對位置，對水下滑翔機在滑航時的運動特性及軌跡，有決定性的影響，故必須在設計製作之前，充分掌握。 本研究目的是探討水下滑翔機在不同的重力與浮力差，重心位置，及初始條件下，選定一特定機型，利用DATACOM資料庫，估算該機型的流體動力係數，以數值方法求解一組聯立運動方程式。計算該機體重心的運動軌跡，速度及機體的滑航姿態。本文的數值計算是利用MATLAB套裝軟體編寫。計算結果可提供往後的水槽模型試驗時，模型製作，以及軌跡測量的參考。 此外，本文提出一種「氣壓」式的浮力引擎構想，並就其可行性進行初步探討。 本文的計算結果顯示，水下滑翔機在設計時應注意下列幾點： 1. 重心與浮心之距離不宜太大，且重心應位於浮心下方某一扇型範圍內，否則無法穩定滑行。 2. 若浮力引擎改變浮力大小時的速率太大，則機身攻角的變動加劇，亦會導致不穩定的結果。