水动力系数敏感性分析在潜艇水平面运动模型简化中的应用研究

水动力系数敏感性分析是一种评估水动力系数对潜艇操纵运动影响程度的方法。本文根据水动力系数敏感性分析方法,计算某模型艇水平面回转运动战术回转直径的水动力系数敏感性指数,评估各水动力系数对战术回转直径的影响程度。并将敏感性指数作为水平面运动模型的简化依据。本文的研究为潜艇运动模型的简化提供了理论支持。也对潜艇操纵性设计和研究提供指导。     

潜艇水下回转运动数学模型研究与仿真分析

通过对比分析不同的潜艇运动方程,得到适用于潜艇水下回转运动仿真的数学模型,采用分段计算方法对潜艇水下回转运动横向水动力进行建模仿真。分析了潜艇水下定常回转运动仿真参数的变化规律,结果与实艇操纵具有较好的一致性,从而证明了本文所用潜艇数学模型和建模仿真方法正确有效。同时,本文也为下一步研究潜艇水下回转运动非线性特征打下基础。     

一种面向控制的潜艇运动模型的简化及仿真

潜艇在水下的运动是复杂的六自由度空间运动,难以建立简便实用的运动模型,因此对其控制器的设计和半实物实时模拟仿真环境的实现极为不便.以复杂的潜艇空间运动模型为基础,分析和评估水动力系数对操纵性的影响,构建一个较为简便的运动模型,通过仿真计算,验证该模型的正确性与合理性.     

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。     

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。     

潜艇水下发射导弹运动建模及操纵控制仿真

潜艇在水下发射导弹瞬间受到巨大的发射反冲力和复杂的水动力作用,平衡状态受到破坏。而连续发射又要求潜艇必须在规定时间内恢复到发射导弹允许的深度和姿态,这对潜艇的操纵控制提出了很高要求。在分析导弹潜艇发射阶段受到的静力、艇体水动力和复杂激变力的基础上,结合潜艇空间运动方程,建立用于仿真的潜艇水下发射导弹操纵运动数学模型。在此基础上,编制潜艇水下发射导弹仿真试验平台,分别对潜艇水下导弹单独发射和导弹齐射时的运动过程进行仿真。通过大量的仿真分析,对潜艇水下发射导弹阶段特别是导弹齐射时可能采用的操纵方式作了定性探索。     

微型开架式水下机器人水动力系数测定

水下机器人水动力系数的准确测定,是对机器人运动进行仿真和控制的前提。以形状复杂的开架式有缆水下机器人(ROV)作为研究对象,通过一系列水动力试验,计算出适用于开架式水下机器人模型的几个重要的实时水动力系数,为自主遥控水下机器人(ARV)的运动仿真提供了数据支撑,进而为ARV的控制奠定了基础。     

基于CFD的水下滑翔机水动力导数计算

水动力导数求解是进行水下滑翔机操纵性能分析的基础,为了快速预报水下滑翔机的操纵性能,开展基于CFD方法的水下滑翔机水动力导数计算研究。选用约束模型试验作为水动力导数求解方法,并给出其CFD数值模拟方法;以SUBOFF潜艇模型为例,进行约束模型试验的CFD数值仿真和水动力导数计算。计算结果表明,CFD数值模拟方法可用于水下潜器的水动力导数计算。采用CFD方法对水下滑翔机的斜航试验、纯横荡和纯首摇运动进行数值模拟,并利用最小二乘法拟合仿真数据得到水下滑翔机的水动力导数,为操纵性能分析提供支撑。     

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。     

鱼雷形水下机器人水动力试验研究

水下机器人的水动力参数是建立其空间运动数学模型的重要基础,文章对某鱼雷外形的水下机器人,在循环水槽进行了模型水动力试验,得到水下机器人阻力曲线、绘制出了水平斜航和垂直斜航受力随攻角和漂角变化的曲线并将其回归成与漂角或攻角相关的表达式,得到了与操纵性能相关的主要水动力系数,在此基础上对水下机器人的运动稳定性进行了分析,研究结果表明水下机器人能够满足运动稳定性的要求,同时试验得到的水动力参数为水下机器人的操纵性分析及运动控制提供依据.     

基于SR-UKF的潜艇水动力系数辨识方法

[目的]针对潜艇运动模型中水动力系数难以准确获取的问题,采用平方根无迹卡尔曼滤波(SR-UKF)算法进行系统辨识。[方法]首先,以潜艇垂直面运动非线性数学模型为基础,结合SR-UKF算法,建立潜艇垂直面水动力系数辨识模型;然后,利用自动操舵控制潜艇在垂直面进行类正弦机动,将运动仿真生成的数据作为SR-UKF参数辨识的输入,并加入测量误差的影响;最后,通过数值仿真计算对潜艇垂直面机动的6个黏性无因次水动力系数进行辨识。[结果]仿真结果表明,全部待识别水动力系数在3 000 s内均收敛至固定值,通过合适的初值选取,辨识结果与水动力试验所测定标准值的最大误差仅1.5%。[结论]SR-UKF能有效应用于潜艇水动力系数辨识,并可进一步拓展用于实艇的水动力系数辨识。     

潜艇水下悬停运动控制仿真研究

为了探明潜艇水下悬停控制系统的工作原理,为其工程设计提供初步的理论基础,对潜艇水下悬停实际操纵运动情况进行分析,找出了造成潜艇悬停深度不稳定的主要原因。然后分析了潜艇悬停运动的特征,由此建立了潜艇水下悬停运动的数学模型及干扰力计算模型,并对潜艇水下悬停运动的控制进行了仿真研究。数值仿真结果表明,与手动控制潜艇悬停相比,自动控制潜艇悬停能更好地控制潜艇深度。     

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.     

潜艇直航操舵水动力尺度效应研究

尺度效应是船舶水动力学研究的一个关键问题。目前,对船舶尺度效应的研究大多集中在阻力性能方面。本文针对水下航行体操纵性能评估的需要,对水下航行体操舵水动力性能的尺度效应进行探讨。以典型潜艇模型SUBOFF为研究对象,采用计算流体动力学方法对不同尺度下的直航操舵试验进行数值模拟,分析网格尺度对不同尺度计算结果的影响。在此基础上,探讨不同尺度下的潜艇绕流场特性,以及作用在潜艇上的水动力及力矩变化规律,对于研究水下航行体操纵性能的尺度效应问题具有一定的借鉴意义。     

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.     

潜艇动力抗沉非线性效应及计算分析

应用潜艇垂直面非线性操纵性运动方程、破损舱进水方程和压载水舱排水方程,建立潜艇动力抗沉运动方程。数值计算潜艇典型隔舱破损进水后的动力抗沉运动,分析典型隔舱动力抗沉挽回运动和无法挽回运动的特征。针对不同初始航速、初始潜深和破口面积情况,数值计算得到典型隔舱动力挽回限界线。通过对典型隔舱动力挽回非线性限界线的分析,提出潜艇动力抗沉效应的概念,以及衡量潜艇动力抗沉能力大小的衡准参数——高压气吹除动力挽回深度、动力抗沉水动力初速和水动力航速系数,由此分离出潜艇动力抗沉运动中的高压气效应和水动力效应。     

潜艇动力抗沉非线性效应及计算分析

应用潜艇垂直面非线性操纵性运动方程、破损舱进水方程和压载水舱排水方程,建立潜艇动力抗沉运动方程。数值计算潜艇典型隔舱破损进水后的动力抗沉运动,分析典型隔舱动力抗沉挽回运动和无法挽回运动的特征。针对不同初始航速、初始潜深和破口面积情况,数值计算得到典型隔舱动力挽回限界线。通过对典型隔舱动力挽回非线性限界线的分析,提出潜艇动力抗沉效应的概念,以及衡量潜艇动力抗沉能力大小的衡准参数——高压气吹除动力挽回深度、动力抗沉水动力初速和水动力航速系数,由此分离出潜艇动力抗沉运动中的高压气效应和水动力效应。     

深拖母船水动力特性研究

针对水线面大开口深拖母船水动力性能问题,以船中具有大开口的深拖母船为原型进行数值模拟,计算分析相同主尺度的有开口船型和无开口船型的水动力系数,根据各系数在不同波浪周期下的变化规律,得出水线面大开口对船体水动力性能的影响,计算并对比分析不同开口形状及开口位置条件下的船舶时域运动响应。分析结果为保障水下拖体正常收放作业以及母船开口设计提供了参考依据。