高速旋回潜体对差动舵角运动响应研究

分离式舵不同操舵方式可产生差动舵角,目前,针对差动舵角对高速机动潜体的旋回运动特性研究尚未完全展开。为此,本文以分离式舵6DOF运动方程为基础,研究差动舵角对高速旋回潜体运动姿态、特别是横倾的控制能力,比较不同差动舵角对潜体定深、变深运动姿态的影响。研究结果表明,差动舵角对于潜体高速旋回时的运动姿态、特别是横倾有较强的控制、抑制能力。     

分离式舵对潜艇横倾控制仿真分析

阐明分离式舵及差动舵角的定义,并以某型潜艇为例,分析了分离式舵对潜艇横倾的控制能力。并在此基础上编制了基于分离式舵的潜艇自动舵仿真模拟软件,通过仿真模拟对分离式舵与普通十字舵在潜艇高速回转时对横倾的控制能力进行了比较。     

潜艇高速空间旋回运动分离舵横倾控制的数值研究

基于RANS方法,以全附体SUBOFF潜艇模型为研究对象,采用重叠网格嵌套滑移网格技术处理潜艇-舵相对运动,对不同螺旋桨转速下的潜艇空间旋回运动时的横倾控制开展研究。计算结果表明,分离舵的横倾控制效果较好,潜艇横倾角能迅速和平稳地过渡到静横倾角,实现了潜艇无横倾状态下的高速空间旋回运动,保障了潜艇姿态安全。分离舵的横倾控制对潜艇初期回转性能存在不利影响,但对定常回转性能的影响较小。     

船舶旋回时的横倾

船舶旋回过程中的横倾是影响船舶安全的重要因素.为了研究重心较高的船舶在旋回过程中的横倾,文章根据分离型建模思想,建立了考虑船舶横倾的船舶运动数学模型,并利用MATLAB仿真软件仿真了船舶旋回运动,仿真结果与实验结果基本一致,说明模型正确.利用此模型对船舶旋回运动研究结果表明:船舶横倾角与GM值、船速和舵角有关;船舶旋回时应适当控制船速以减小横倾角,GM值较小的船舶还应控制船舶旋回时的舵角,从而保证船舶安全.     

差动式十字舵的操纵特性

阐明差动式十字舵及差动舵角的定义,说明差动式十字舵在使用上的优缺点,并对某型潜艇进行了用差动舵预防横倾的能力估算.     

差动式十字舵的操纵特性

阐明差动式十字舵及差动舵角的定义,说明差动式十字舵在使用上的优缺点,并对某型潜艇进行了用差动舵预防横倾的能力估算。     

差动式十字舵对潜艇回转横倾的控制

本文阐明了差动式十字舵及差动舵角的定义,说明了差动式十字舵在使用上的优缺点,并对某型潜艇进行了差动舵预防横倾的能力估算。     

潜艇X舵控制分配器设计和仿真

[目的]为解决X舵潜艇在不同可用舵面条件下的操舵控制问题,开展X舵潜艇的操舵控制分配器设计。[方法]操舵控制系统采用"主控制器—控制分配器"级联控制结构,主控制器采用已有的成熟算法,将舵角控制分配问题转换为受舵角限幅、舵速限幅约束的加权最小二乘法(WLS)问题进行求解,设计受限控制分配算法,并分别在四舵、三舵、双舵条件下进行定深旋回、潜浮运动仿真,以验证控制分配算法的正确性。[结果]仿真结果表明,在给定的舵机配置条件下,随着操舵面的减少,潜浮性能并无差异,转向性能略有降低,横倾振荡及舵角抖动趋于严重。[结论]所提控制分配算法施舵合理,适用于各种舵机配置情况。     

高速舰船操纵性仿真研究

舰船操纵性响应方程在操纵性仿真、控制及理论研究中的日益扩展。高速舰船的操纵性与普通舰船有显著不同，其中之一是旋回过程中会产生较大的横倾。从舰船操纵性研究的角度出发，分析了横倾对高速舰船水动力导数的影响，并提出了计入该影响的方法，提高了高速舰船操纵性计算精度。据此，应用响应方程进行了旋回运动的计算机仿真，仿真结果是令人满意的。     

半潜式航行体横滚调整方式分析

半潜式航行体是遥控猎雷系统的重要组成部分,其姿态和航迹对系统探测精度影响较大。本文以加拿大遥控猎雷系统中的"海豚"半潜式航行体作为原型,建立其运动方程组,分别在不同航行深度和不同航速下对后水平舵板调整航行体横滚和垂直舵板调整航行体横滚时航行体的姿态和航迹偏差进行仿真分析,为航行体实际控制提供控制依据。仿真结果表明:水平舵差动和垂直舵差动对航行体横滚姿态调整能力基本相同,航行体航迹偏差对垂直舵差动敏感。因此建议采用水平舵差动方式来调整航行体横滚,垂直舵只做航向控制。     

基于体积力模型的潜艇应急上浮运动数值模拟分析

[目的]为了探索潜艇应急上浮运动的规律,基于体积力的螺旋桨简化模型,开展不同航速下潜艇的应急上浮运动数值模拟。[方法]对艇体水下定深直航、上浮以及上浮出水进行数值模拟,对比分析不同航速下潜艇上浮过程中艇的螺旋桨转速与航速的匹配,以及上浮运动时间和艇体姿态的变化。[结果]结果显示,随着螺旋桨转速的增大,潜艇获得稳定航速的时间越短,在水下定深直航运动的时间也越短;无论是纵倾角还是横倾角,其第1次发生变化的时刻、产生峰值的时刻等随转速的增大呈减小趋势,同时随着转速的增大,纵倾角的来回震荡波动时间会越来越长,而横倾角的来回震荡波动时间则越来越短。[结论]相关计算方法和研究结果对潜艇应急上浮运动研究具有一定的实际参考价值。     

潜艇近水面运动的定深控制研究

考虑了潜艇于近水面航行时波浪对深度测量的干扰,在分析潜艇运动特性的基础上,针对高频操舵问题,提出了一种“开环补偿＋闭环增量修正”的定深控制方法。仿真结果表明其控制算法效果良好。     

Analysis on maneuvering motion characteristics of submarine under static moment in vertical plane北大核心CSCD

[Objectives]Aiming at the problem of poor depth-changing ability of the stern rudder of submarine at low speed, and the problem of reversing the movement trend is difficult when the stern rudder is stuck and encountering abrupt changes of seawater density in the vertical steering maneuver. This paper conducts the mechanism research of static moment maneuver. [Methods]First, it is proved through theoretical analysis that the static moment maneuver can eliminate the reversed velocity phenomenon of the stern rudder. Then, the surfacing process under the static moment maneuver and the rudder hydrodynamic control is numerically simulated. [Results]The simulation results show that the static moment maneuver can make the submarine maintain good vertical plane maneuverability at low speed, eliminate the reversed velocity phenomenon of the stern rudder, and avoid excessive trim angle of the submarine at high speed. At the same time, the recovery effect of the two emergency situations of rudder jamming and falling deep has been improved. [Conclusions]The static moment maneuver is beneficial to the maneuverability and safety of the submarine. The research in this article can provide a reference for the maneuverability design of submarine. © 2023 The Author(s).     

潜艇在海洋密度锋中受绕运动建模与仿真研究

根据分析潜艇通过海洋密度锋区的受力特点,建立潜艇在海洋密度锋中的受力和垂直面运动模型。通过潜艇垂直面运动仿真,分析自由运动、PID操舵控制、操舵加均衡控制和综合运用增速、操舵加均衡控制等情形下海洋密度锋对潜艇纵倾角、潜浮角和升沉运动的影响,结果表明综合运用操舵、增速和均衡进行控制可以更为有效地控制潜艇在海洋锋区航行深度和运动姿态。     

基于刚性网格法的潜艇水动力数值计算

通过对潜艇六自由度空间运动方程进行分析,得到了直航阻力运动、垂直面变漂角运动、水平面变漂角运动的空间运动方程。利用Suboff模型,基于刚性网格法,通过设定计算域的运动形式,实现了潜艇直航阻力运动、垂直面变漂角运动、水平面变漂角运动的数值模拟,通过对计算结果进行拟合得到了线性水动力系数和非线性水动力系数,通过与相关试验结果进行对比可知,计算误差在7%左右。     

十字舵与X舵潜艇的水动力性能数值比较

现代潜艇尾操纵面建筑形式主要选择十字舵与X舵,这2种形式的舵各有其优缺点.在以往关于这2种舵形潜艇操纵性水动力的研究中,有研究者通过编制潜艇六自由度运动仿真程序,对十字舵与X舵在水平面和垂直面的水动力性能进行了综合比较,得出X舵的水动力性能优于十字舵.本文以十字舵和X舵Suboff为研究对象,通过CFD数值方法模拟了潜艇直航运动和垂直面变攻角运动这2种具有典型代表意义的运动情况,分别计算了2种舵形潜艇的操纵性水动力,通过分析计算结果,定量地比较了在舵面积相等的情况下十字舵与X舵潜艇的水动力性能,得出与编程仿真相同的结论:X舵的水动力性能优于十字舵.     

基于模糊控制与遗传算法的潜艇自动舵设计与实现

在潜艇六自由度模型的基础上,根据一阶二阶波浪力对于航行在近水面潜艇深度的影响,采用模糊控制技术和遗传算法设计了基于二级模糊控制的遗传算法调整控制参数的潜艇自动舵控制系统.通过在近水面和水下两种状态对控制器性能仿真与结果分析,说明该自动舵具有很好的控制效果,响应较快,静差较小,具有较强抗干扰能力,对于近水面的深度控制有稳定的控制作用.     

悬停系统运行品质对潜艇悬停操纵的影响

为满足潜艇水下悬停的战术需求,潜艇悬停系统必须控制潜艇按规定的稳定精度悬停在指令深度上,因此悬停系统运行品质对潜艇能否顺利完成战术任务较为重要。以模型潜艇为研究对象,在潜艇悬停运动基本数学模型、海洋环境干扰力模型和悬停水舱注排水控制模型的基础上进行仿真计算,研究悬停系统运行品质的3个关键指标,即流量计误差、悬停水舱注排水速率和最小注排水量对潜艇悬停操纵的影响,分析悬停系统运行品质与悬停稳定性之间的逻辑关系,研究结论可为悬停系统关键指标的设计优化和潜艇操艇系统的性能改进提供有益参考。     

非线性PID控制器在潜艇深度控制中的应用

基于潜艇垂直面非线性运动模型,模拟波浪干扰力和瞬间干扰力情况下潜艇的操纵运动;利用非线性PID控制技术、状态扩张技术(ESO),对潜艇深度变换进行控制,仿真表明,无论深度差异多大,控制器都能使得潜艇实现快速且零超调的深度变换控制。     

基于信息融合的高精度潜艇深度测量方法研究

潜艇深度的测量主要基于海水压力信息，通过低通滤波器去掉波浪的影响，但降低了潜艇深度的动态测量精度。本文将测得的海水压力信息与潜艇惯导系统测得的垂向加速度信息融合，通过理论推导获得潜艇深度的高精度测量方法。通过对中大型潜艇的仿真分析，以及对测量精度的分析讨论，证明本方法是可行的。