评估水动力系数对潜艇操纵性影响的一种方法

基于潜艇的空间运动方程,引入了敏感性指数的概念,选取水平面z型操舵机动、垂直面梯形操舵机动和水平面定常回转运动三种典型运动形式作为研究对象,就水动力系数对操纵性影响进行了评估,并通过对某型潜艇的仿真计算,验证了该评估方法的可行性.     

基于泵控液压舵机的潜艇深度及纵倾控制

[目的]针对不同工况、复杂环境下的潜艇运动控制进行研究,解决高性能潜艇的实际控制问题并将其运用于搭建实际液压控制平台。[方法]以潜艇垂直面运动为重点,设计垂直面上纵倾和深度模型的解耦控制。基于泵控液压舵机模型和潜艇垂直面运动数学模型,运用快速终端滑模控制算法,通过仿真和试验对系统进行分析。[结果]结合液压系统模型与非线性控制算法的研究论证了该系统在潜艇垂直面运动控制上的鲁棒性与可靠性。与此同时,对液压舵机滞后、振荡性进行的仿真及试验分析,也表明系统可有效降低滑模变结构控制带来的抖振问题。[结论]该系统在模拟研究潜艇的控制特性问题方面具有工程应用价值。     

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。     

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。     

基于反馈粒子滤波的船舶模型参数辨识

[目的]近年来,随着船舶朝着大型化、高速化、智能化的方向发展,船舶动力定位技术显得尤为重要。为了在动力定位系统中建立运动数学模型,需要确定模型中各参数的值。[方法]首先,以一艘挖泥船为研究对象,建立船舶运动数学模型,并分离出纵荡运动模型以及横荡与艏摇运动模型;然后,基于系统辨识理论和反馈粒子滤波算法辨识模型中的未知参数,包括2个主推进器和1个侧推进器的推力系数;最后,进行仿真实验,求得待辨识的参数值。[结果]通过与扩展卡尔曼算法的比较,显示反馈粒子滤波算法对参数辨识的效果更好,验证了反馈粒子滤波算法的可靠性。[结论]该方法在船舶动力定位系统中具有良好的应用前景。     

潜艇近水面自由水表面条件下的操纵性

由深水域的潜艇运动方程导出了近水面平静水面下的潜艇变系数运动方程,在模型试验确定的不同深度的潜艇水动力系数的基础上,对潜艇近水面的稳定性和机动性能进行了数值模拟计算。结果表明,随着潜艇越接近水表面,其水平面稳定性有所提高而水平面内机动性有所下降,潜艇的垂直面稳定性有所提高。     

潜艇逆速时的垂直面机动仿真分析

逆速是潜艇水下航行时的一种特殊状态下的速度,其垂直面操纵问题也是当前潜艇面临的一个难题。根据一种利用首舵操纵控制消除尾舵逆速影响的计算方法,得到了尾舵逆速时首尾升降舵同时操纵进行垂直面机动的方法,并通过潜艇水下垂直面操纵运动模型,对这种操纵形式进行了仿真验证,验证结果表明这种方法可使潜艇在尾舵逆速时更快更有效的进行垂直面机动。     

潜艇垂直面舵桨联合操控仿真

为改善潜艇低速运动时的操控性能,潜艇上配置了辅助垂直推进器。分析低速运动时潜艇在发射潜射导弹过程中受到的发射反力,利用Simulink软件建立潜艇水下运动模型,进行潜艇低速运动时的操纵控制仿真研究。仿真结果与公开文献中发表的数据吻合,验证了方法的有效性。在此基础上加入辅助垂直推进器,潜艇垂直面舵桨联合操控仿真研究表明,表面潜艇垂直面的机动能力得到了较大改善。     

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。     

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.     

潜艇操纵面几何参数敏感性计算研究

以潜艇垂直面操纵运动线性运动方程为基础,以反映潜艇垂直面操纵性特征的典型技术指标为评价体系,提出了潜艇操纵面几何参数敏感性概念,采用敏感性指数作为评估操纵面参数对潜艇垂直面操纵性影响的指标.在主艇体参数固定条件下,为潜艇设计了系列参数的首尾操纵面,采用Bohlman的水动力估算方法,估算了该艇的线性水动力系数.在水动力估算和敏感性概念的基础上,开展了大量的敏感性计算,分析计算结果得到了潜艇首尾操纵面几何参数不影响潜艇逆速,尾操纵面对首舵升速率有很强影响等结论.     

潜艇舱室进水应急起浮时的机动性研究

为了探索潜艇应急起浮时的运动规律,在建立潜艇应急挽回操纵运动模型基础上,结合潜艇大攻角操纵性拘束船模水动力试验获得不同攻角状态下的水动力系数。引入敏感性指数概念,对敏感性指数高的水动力系数进行回归拟合时分为小攻角水动力系数和大攻角水动力系数两段进行描述,对潜艇不同事故应急起浮机动性进行仿真,得到潜艇应急起浮运动参数变化规律。结果表明,文中计算方法能够正确预报潜艇应急起浮的运动规律。     

潜艇水下旋回操纵运动特性仿真研究

潜艇水下旋回运动既是潜艇一种重要的战术机动形式,也是潜艇定深直航、变深潜浮和转向机动3种最基本、最重要的运动方式之一。在对潜艇水下旋回运动特别是水下旋回对潜艇垂直面运动和横滚面运动影响进行理论分析的基础上,结合潜艇水下旋回操纵运动数学模型,编制潜艇水下旋回操纵仿真程序,分别对不同航速条件下潜艇水下旋回操纵运动进行仿真。通过理论分析和仿真研究,得出潜艇水下旋回时航速、横倾角的变化规律和艇重尾重的操纵特性,并针对潜艇水下旋回的特点提出了相应的操纵建议。     

潜艇垂直面分离型数学模型及其干扰因子分析

潜艇垂直面分离型操纵运动数学模型是以艇体(H)、螺旋桨(P)、艉附体(R)和围壳舵(B)各自单独的水动力性能为基础,再加上H、P、R、B相互之间的流体动力干扰组成.该模型便于处理实艇和模型的相互关系(如模型舵失速问题的修正等),也有利于了解艇体、螺旋桨和附体对水动力的贡献,同时还便于积累资料和迅速估计设计方案的局部修改带来的潜艇操纵性能的变化,对于工程设计、计算有其独特的优势.潜艇垂直面分离型操纵运动数学的建立关键在于确定干扰系数,模型干扰系数可分为三类,第一类是艇体对附体的干扰系数:γB、ιB、γR、和ιR;第二类干扰系数为附体对艇体水动力的干扰:tB、aB、tR和aR;第三类为螺旋桨对水动力影响κ.文中介绍了干扰系数的确定方法,以及模型与实艇干扰系数换算关系.     

潜艇垂直面运动的鲁棒控制

为了提高潜艇控制器对各种不确定性的适应性,探讨了潜艇垂直面运动的跟踪控制问题。通过研究潜艇线性化模型的状态方程,提出了一种基于混合灵敏度的鲁棒控制算法。仿真结果表明,该算法在满足控制精度的基础上,具有较好的动态特性和鲁棒性,对模型的摄动具有良好的适应性,能较好的应用于潜艇垂直面的运动控制。     

系列舵翼潜艇水动力系数数值计算及试验研究

操纵性水动力系数的准确计算和测量对潜艇操纵性预报及运动控制起着至关重要的作用。文中以SUBOFF为研究对象,基于切割体网格应用STARCCM+软件完成系列舵翼艇体阻力的数值模拟;采用基于三角形网格的面元法程序和循环水槽操纵性试验2种方法获得系列舵翼缩比模型(λ=2:1)的水动力系数,并研究不同Re下舵角水动力系数的变化趋势。结果与文献[1]对比,验证了STARCCM+对潜艇阻力性能模拟的可靠性以及2种方法获取水动力系数的正确性,为潜艇水动力系数的CFD数值模拟和操纵性预报仿真提供可靠的参考依据。     

基于新型趋近律的潜艇垂直面滑模控制仿真

针对潜艇垂直面运动强非线性、耦合性和参数不确定的特点,为更好地实现对潜艇垂直面运动的控制,在Matlab环境下,基于垂直面线性操纵运动模型,考虑舵的动态响应,用首舵控制深度,尾舵控制纵倾角,采用新型趋近律设计滑模控制器并设计了基本的全维状态观测器;同时设计了常规的PID控制器并选取了最佳的PID控制参数,分别在3种情况下对2种控制器控制下的潜艇垂直面运动进行对比仿真。仿真结果表明,滑模控制器比PID控制器具有更好的控制性能和较强的鲁棒性,对实际潜艇的垂直面运动控制有一定的指导意义。     

潜艇空间运动线性方程研究

由格特勒六自由度运动方程导出简化的潜艇空间运动线性方程，在某型艇的水动力系数基础上，对潜艇空间运动的机动性和姿态进行了数值模拟计算。结果表明，空间运动线性方程能较准确地反映潜艇在弱机动时的运动状态，可应用于潜艇空间弱机动运动研究。     

基于MATCONT的潜艇垂直面操纵运动稳定性与分叉分析

基于Matlab数值分岔分析工具箱MATCONT对潜艇高速机动时的运动稳定性与分岔问题进行了研究。分析了潜艇重心坐标和尾升降舵角变化时的单参数分岔,搜索到系统的鞍结分岔和BP分岔点,通过垂直面非线性运动方程数值积分的动态仿真,验证了动态仿真与数值分析结果的一致性。     

潜艇空间运动模型的简化和仿真

本文在现有的潜艇空间运动模型的基础上,根据实艇操纵经验和对水动力系数的分析,建立了一个供仿真使用的潜艇空间运动模型和供潜艇联合操舵仪设计使用的潜艇空间运动模型,计算机仿真验证了这两个模型(仿真模型及设计模型)的合理性。