大深度潜器潜浮运动的建模与仿真

大深度潜器潜浮运动是一种超大攻角运动,它无法用常规水中物体的运动数学模型描述.文章给出了一种新型数学模型来描述这种大深度潜器的潜浮运动,并论述了结合现代仿真技术的应用,使潜水器所受流体动力的数学描述变得便捷、可行.此外,文中还研究了在大深度环境下,潜器潜浮运动时,潜器所受浮力和重力随深度变化的数学描述.上述理论已应用于有关潜器潜浮运动系统的设计.     

微小型潜器空间运动建模与仿真(英文)

对自主式潜器空间运动进行精确建模和仿真对研究其操纵和控制特性有重要意义,本文以开发的"MAUV-Ⅱ"微小型潜器为对象,基于动量定理和动量矩定理建立了潜器空间运动的非线性数学模型,将潜器受力分解为各个模块并表达为矩阵形式.在运动非线性数学模型的基础上,结合虚拟现实技术建立了运动仿真系统,针对所研究潜器的特点,采用S面控制方法对此"MAUV-Ⅱ"水下运动的艏向控制和深度控制进行了仿真研究,同时进行了基于目标规划的长距离航行仿真试验.仿真结果反映了潜器具有较好的空间操纵性能,也验证了控制软件的可行性和可靠性.     

潜艇潜浮系统仿真研究初探

论述了潜艇潜浮系统进行仿真研究的必要性,根据潜艇潜浮系统的设置方式和工况,建立了相应的潜浮系统仿真数学模型,确立了潜浮系统仿真软件的组成和技术接口,最终确立了潜浮系统仿真软件的程序框图。     

基于PID的潜器悬停控制仿真研究

潜器水下悬停是指潜器在水下无航速时深度的保持和变动.这是一个非线性过程,随潜器状态及航行环境的不同而有很大变化.传统的控制方法缺乏自适应能力从而影响了控制效果.通过对潜器水下悬停运动的基本特征、实现条件及造成悬停深度不稳定等因素进行分析,建立潜器悬停运动数学模型及干扰力计算模型.并运用PID控制技术对潜器水下悬停运动的控制进行仿真研究,为潜器实现悬停提供技术支持和保障.     

基于模糊控制的潜器悬停系统

潜器水下悬停是一个非线性过程,随潜器状态及航行环境的不同而有很大变化。简要论述了潜器水下悬停的概念及对潜器的意义,研究分析了潜器水下悬停运动的数学模型及干扰力数学模型,将模糊控制技术引入潜器水下悬停控制过程中,通过仿真与传统的控制方式比较证明模糊控制具有的控制优势。     

蛟龙号载人潜水器无动力潜浮运动分析系统开发

在“蛟龙”号载人潜水器5 000米级海试中,D44潜次首次实现了全程无动力上浮下潜运动,为改进载人潜器无动力上浮下潜运动模型提供了宝贵的数据.文章对D44潜次的数据进行了分析,在此基础上引入可变体积收缩率的概念来改进潜器无动力上浮下潜运动模型,开发出了更为可靠的“蛟龙”号载人潜水器的无动力潜浮运动分析系统,为7 000米级海试以及今后的应用提供可靠的手段.     

水下潜器运动控制与仿真研究

水下潜器是一种非常重要的海洋开发装置,具有强耦合、非线性等特点。主要讨论水下无人潜器的自主定深和定位控制技术。文中根据潜器的6自由度运动方程,在充分考虑了水动力因素的基础上,使用Quasi-Lagrange方程建立潜器的数学模型,并将其分解为一系列相互关联的子系统。采用滑模控制方法用于潜器的定深控制,并对其他方向运动进行定位控制。滑模因控制算法简单、鲁棒性好、可靠性高,并且不需要系统整体模型,被广泛应用于运动控制和非线性系统的控制中。通过计算机仿真,验证了该控制算法对水下潜器的运动控制效果良好、准确。     

潜器动力定位的仿生鱼尾推进控制分析

以仿生鱼尾推进器为研究对象,建立仿生鱼尾动力学模型和以仿鱼尾推进的潜器动力定位模型。利用仿真试验得出的数据分析仿生鱼尾摆动频率、摆动幅度和各关节之间相位差等因素对仿生鱼尾推进性能的影响,采用PID控制算法对仿鱼尾推进的潜器在一维方向的动力定位进行仿真。仿真结果表明,仿生鱼尾推进在潜器的动力定位中可以实现初步的性能要求。     

载人潜水器概念设计中的总体多学科设计模型及分析

介绍了大深度载人潜器概念设计中总体多学科设计模型的建模方法和过程,并开发了总体设计集成程序(Concept Design of Deep Manned Submersible,CDMS),采用7000m载人潜器的设计数据对其进行了测试,验证该模型是可靠的,可用于载人潜器的性能分析和多学科优化设计中。此外,以7000m载人潜器为例,对潜器的重量/浮容积特性进行了分析,讨论了几个主要设计参数对潜器重量/浮容积性能的影响,获得了一些有价值的结论,可供同类型载人潜器总体设计时参考。     

高压气吹除对潜艇动力抗沉影响分析研究

针对当前潜艇利用高压气进行动力抗沉缺乏定量分析,高压气吹除对潜艇影响认识不足的问题,采用计算机模拟仿真方法,仿真分析了吹除不同主压载水舱对潜艇纵倾与潜浮率的影响及挽回效果,结果表明,潜浮率过大将难以控制潜艇以稳定纵倾平稳上浮,在此基础上给出不同舱室进水的吹除建议。     

潜器动力定位的仿生鱼尾推进控制分析

仿生鱼尾推进器是一种高效率、高机动和低噪声的新型水下推进器。以该新型推进器为研究对象，建立仿生鱼尾动力学模型和以仿鱼尾推进的潜器动力定位模型。利用仿真实验得出的数据分析仿生鱼尾摆动频率以及摆动幅度和各关节之间相位差等因素对仿生鱼尾推进性能的影响，采用PID控制算法对仿鱼尾推进的潜器在一维方向的动力定位进行仿真。仿真结果表明，仿生鱼尾推进在潜器的动力定位中可以实现初步的性能要求。     

基于SVR近似模型的潜水器外形优化

流体仿真软件在船舶与海洋结构物概念设计阶段应用广泛。针对潜器外形设计过程中,仿真分析往往需要耗费大量的时间成本,无法直接与优化器结合的问题,本文研究基于支持向量回归机(Support Vector Regression,SVR)的潜器外形优化方法,包括拉丁超立方试验设计选取样本点、基于ICEM的潜器参数化建模和网格自动划分、基于Fluent的阻力计算及SVR模型的构造。采用改进的粒子群算法求解潜器外形优化设计问题,得到了阻力性能优良的潜器外形。     

基于重叠网格的重水潜器粘流数值模拟

文章结合一种密度大于水的新型潜器—重水潜器（Heavier-than-water AUV,简称 HTW）,采用 RANS 方法和重叠网格计算了该潜器的水动力性能和绕流流场。文中计算了不同攻角和漂角情况下重水潜器的阻力、升力及俯仰力矩,对其周围流场水动力学性能进行了分析,并通过流场的流动结构研究了受力随姿态变化的规律。文中将采用重叠网格方法的计算结果与 FLUENT 计算值以及风洞试验结果进行了比较,表明重叠网格方法可较好地模拟重水潜器的自由态绕流问题。该研究为该潜器的总体设计与运动控制提供了有价值的参考。     

基于CATIA二次开发的水下平台静水力计算

水下平台静力计算包含初稳性计算、潜浮稳性计算、大倾角稳性计算、重量重心统计等，传统潜艇、潜器等水下平台的静力计算具有计算过程繁琐、耗时长、效率低、数据不易更新等问题，导致设计人员大量重复性劳动。本文通过对CATIA软件进行二次开发，在水下平台三维建模基础上，编制静水力和重量重心计算程序，可直接计算、获取静水力要素并实现重量重心的自动统计，达到计算的自动化、程序化和数据的及时更新，提升设计手段，对潜艇、潜器等水下平台设计中控制浮态、稳态具有重要作用，工程应用价值较高。     

变重心潜器操控性能

由于无人遥控潜水器(Remote Operated Vehicle,ROV)航速普遍较低,舵效较差,操纵控制较为困难。通过引入变重心系统实现高性能的矢量推进,可减少潜器需要配制的推进器数量。应用Simulink仿真软件建立变重心潜器水下运动模型并进行操纵控制仿真研究,结果表明变重心潜器具有较好的矢量推进性能。     

基于SVR近似模型的潜水器外形优化

流体仿真软件在船舶与海洋结构物概念设计阶段应用广泛。针对潜器外形设计过程中,仿真分析往往需要耗费大量的时间成本,无法直接与优化器结合的问题,本文研究基于支持向量回归机（Support Vector Regres-sion, SVR）的潜器外形优化方法,包括拉丁超立方试验设计选取样本点、基于 ICEM的潜器参数化建模和网格自动划分、基于 Fluent的阻力计算及 SVR模型的构造。采用改进的粒子群算法求解潜器外形优化设计问题,得到了阻力性能优良的潜器外形。     

基于PRO/E模型的潜器稳性计算

潜器稳性校核的基础是准确确定潜器的吃水线及浮心、重心位置.本文基于船舶稳性计算理论,结合潜器PRO/E三维模型,探索一种利用行为建模技术计算潜器稳性的方法.与传统计算方法相比,行为建模自动迭代计算方法的效率与准确性均有所提高,也为船舶其他CAD三维软件稳性计算提供参考.     

艇体变形对轴系校中的影响

艇体变形是影响轴系校中质量的重要因素。以深水潜器为研究对象,通过建立潜器的三维有限元模型,提出利用弹簧约束调节潜器重力与浮力平衡的方法,计算潜器处于正浮状态时,在重力和静水压力作用下的艇体变形,得出潜器轴系各个轴承的位移数据,并进一步分析了轴承位移造成的轴承负荷变化。为艇体变形影响下的潜器轴系校中提供依据。分析结果表明:耐压艇体内的轴承位移要小于耐压艇体外,支撑轴承的艇体结构差异会导致轴承位移大小的不同,从而导致各个轴承负荷变化也不一样,耐压艇内液舱的不对称布置会导致位于该液舱上轴承产生较大的横向位移和负荷。     

水下维修载人潜器运动仿真

操纵性是载人潜器的重要性能,通过载人潜器的运动仿真可以对于载人潜器的操纵性进行评估,本文以水下维修载人潜器为研究对象,建立了载人潜器空间六自由空间运动数学模型的基础上,利用Matlab的S-function建立了基于Simulink的载人潜器控件运动仿真系统,进行了载人潜器运动仿真,为运动控制系统设计提供了重要依据。     

半潜船舶航行压载监控软件仿真测试平台设计

目前常用半潜船舶航行压载监控结果误差较大,提出半潜船舶航行压载监控软件仿真测试平台设计。根据半潜船舶纵倾角、吃水量以及横倾角等压载参数,模拟船舶浮态特征。在同等仿真环境下,模拟出压载水泵排载动态以及压缩空气排载量,对上述动态量实施监测,完成压载监控软件仿真测试。建立实验环境,对本文设计平台与传统平台进行对比实验。实验结果表明,设计平台误差在可控范围内,有效解决了传统平台误差较大问题。