基于流固耦合记忆效应的水下机器人入水动力学数值研究：历史运动对流体载荷的影响机制

本文推荐一种分析ROV入水过程流固耦合记忆效应的时变方法，通过建立包含加速度与速度分组的广义水动力模型（结合格林函数的线性时变系统脉冲响应关系），揭示涡脱落、入水运动历史及浸没形态变化对水动力载荷的影响。研究发现当ROV浸没深度达0.5-1倍高度时，流记忆效应对垂向力影响显著，垂向与横向动力间的记忆效应强度差异超18%。

Highlight

本研究聚焦工作级ROV（AUTO-1000）在入水过程中的流体记忆效应，其尺寸为长2.93 m（L）、宽1.64 m（B）、高1.8 m（H）。通过地球固定坐标系O-x₀y₀z₀与机体固定坐标系G-xyz的相对运动定位，重心G位于距尾端1.256 m、基部上方0.976 m处。如图1所示，坐标系和浸没深度d被明确定义。

Nonstationary hydrodynamic forces（非定常水动力）

案例1的垂向力全程时序结果如图5a所示。这些力通过1/2ρH²w²进行无量纲化。由于ROV初始运动于水面之上，曲线起始深度小于0。当d/H=0时ROV底部接触水面，d/H=1时完全浸没。d/H超过0.5后，因ROV浮力材料引发的浮力使垂向力急剧增加。最大垂向力出现于……

Discussion（讨论）

与先前建立载荷与状态参数一一对应的方法不同，本研究从时变系统视角探究动态响应特性。通过代表性入水ROV的系列数值模拟，阐明了不同操作条件下平移运动动力学与水动力载荷响应的关系。

Conclusion（结论）

入水过程中水动力载荷的建模是海上作业时域仿真的核心环节。现有方法考虑了自由水面和浸没深度的影响，但忽略了历史效应（如入水运动与浸没形态变化交互产生的流记忆效应）。本研究提出了计算流记忆效应的新方法，为……