混合驱动水下滑翔机作为传感器搭载平台,在海洋监测领域发挥重要的作用。监测任务的多样化,对混合驱动水下滑翔机的航行性能提出了较高要求。航行经济性、稳定性和机动性作为水下滑翔机重要的航行性能,在不同任务工况下,性能的重要程度会发生变化。例如在长时序定常滑翔过程中,航行经济性和稳定性是关键性能;当滑翔机遇到障碍物,需要做转弯运动时,机动性成为了短时间内关键性能。当前混合驱动水下滑翔机,采用的多是固定机翼,在一个航行阶段,上述三种性能不能兼得,自适应能力较弱。为了提高滑翔机自适应能力,本文提出了具有三种变体功能的可变翼混合驱动水下滑翔机,通过改变机翼展弦比、后掠角和翻转角,提高在不同工况下的航行性能。论文取得了以下研究成果。开发了可变翼混合驱动水下滑翔机变翼系统,设计独立变翼舱段,与PetrelⅡ进行有效集成。设计变翼机构,实现对分体机翼的驱动控制。将平面五杆机构与平面双平行四边形机构进行综合,实现输出杆件二自由度的平移运动。对驱动电机进行耐压和密封设计,对变翼系统主要零部件进行详细设计。完成了传动系统运动学和动力学分析及仿真。利用旋转矢量法,建立传动系统的运动学正解方程。通过仿真,得到了输出构件的工作空间,驱动电机与可变机翼变体之间的定量关系。机翼展弦比变化范围为6~8,后掠角变化范围为0°~60°,机翼翻转角变化范围为0°~30°。通过求解运动学反解方程,推导出驱动电机的输入特性,在已知输出特性的情况下,对驱动电机的输入进行仿真。基于多体系统动力学基本理论,对传动系统进行多体动力学建模。通过动力学仿真,得到驱动电机所需提供的力矩,为驱动电机的选型提供依据。基于多体系统动力学理论,将可变翼混合驱动水下滑翔机看成由六个体组成的多体系统,构建了多体系统的运动学和动力学模型。对滑翔机所受力:重力、浮力、螺旋浆推力、惯性流体动力和粘性流体动力,以及相应力矩进行详细分析。分析了航行性能评价指标,利用变步长的四阶Runge-kutta方法对滑翔机进行空间运动仿真,并开展了实验研究。针对定常滑翔运动、空间螺旋运动和水平推进运动等运动模式,采取不同的机翼形状和姿态参数,对其运动行为进行仿真。按照仿真顺序,于2014年7月在丹江口坝前水域,开展实验研究。实验结果与仿真一致,表明本文设计的可变翼混合驱动水下滑翔机具有更佳的航行性能。