基于STAR-CCM+的潜艇无动力低速下潜受力仿真

本文以SUBOFF AFF-8全附体潜艇模型为研究对象,对微型潜艇在执行特种任务时以3种速度、8种纵倾角姿态的组合做下潜运动的受力进行仿真。通过改变不同来流速度以模拟潜艇在不同速度下的稳态下潜,得到潜艇8种姿态下以不同速度的阻力和纵倾力矩,从而给潜艇下潜时调节首、尾压载保持受力平衡提供依据;同时进行潜艇在水下直航状态的垂向力系数和纵倾力矩系数仿真验证,结果与试验值对比误差较小。     

首升降舵布局方式对潜艇垂直面操纵性能仿真分析

针对首端首舵与围壳舵2种不同的首升降舵布置方式对潜艇垂直面操纵的控制能力,以模型潜艇为研究对象,在潜艇垂直面非线性操纵运动方程的基础上,对2种首升降舵布置方式下的升速率、逆速、纵倾响应和深度响应等机动性能进行仿真分析。进而以升速率、逆速、平衡舵角和纵倾响应为性能指标,应用模糊综合评判方法,定量分析和比较了首端首舵与围壳舵在垂直面的操纵性能。结果表明,就垂直面操纵性能而言,由于可以提供较大的纵倾力矩,首端首舵相对更具有优势。     

操纵运动潜艇水动力计算研究

采用FLUENT软件对一模型艇在不同漂角下运动的升沉力系数和表面压力分布进行计算,验证了该软件解决此类问题的有效性。在此基础上,对作操纵运动的潜艇主体和带附体的全艇体,在一定攻角和漂角下的垂向力、俯仰力矩和横向力、纵倾力矩进行计算,取得了工程上较为满意、实用的精度,为解决潜艇操纵运动水动力预报的困难做出了有益的探索。     

航速对破损潜艇动力抗沉的影响分析

潜艇水下破损后,采用正确的航速对成功挽回潜艇深度和纵倾起着至关重要的作用。本文通过建立潜艇水下破损时的运动模型,并在该模型基础上就航速对破损潜艇动力抗沉效果的影响进行分析,提出了不同破损面积、不同深度情况下分别应采取的增速措施。潜艇深度越大,破损面积越大,所需的抗沉速度就越高,以迅速形成有利纵倾使艇上浮。仿真计算结果表明了所建模型的合理性以及所采取措施的可行性。     

潜艇动力抗沉影响因素仿真分析

对潜艇破损时使用高压气吹除主压载水舱进行了建模;分析了破损面积、破损位置、纵倾以及艇首弃载、延迟时间等因素对破损潜艇应急吹除的影响;纵倾控制在潜艇动力抗沉过程中十分重要,在吹除主压载水舱的过程中,应选择合理的吹除次序,以形成有利于抗沉的姿态.仿真结果验证了所建立模型的合理性和所提出操纵措施的可行性.     

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。     

基于STAR-CCM+的潜艇周围复杂流场数值模拟

为研究潜艇周围复杂的流场分布,本文基于STAR-CCM+软件平台,结合SST k-?模型,通过求解Navier-Stokes方程,分别对均匀来流以及非均匀来流这两种来流方式下潜艇做直航运动以及斜航运动这四种工况下的周围流场进行数值模拟.首先计算了均匀来流下潜艇做直航运动时不同航速下的阻力以及表面不同位置处压力系数及摩擦阻力系数分布,与实验结果符合良好.接下来对四种工况下潜艇周围流场中的漩涡分布,尤其对位于指挥台围壳与尾翼这些附体附近区域的漩涡分布进行了分析,同时还计算了非均匀来流情况不同速度分布形式下潜艇的受力以及力矩,为潜艇平台回收AUV时路线选择提供参考.     

潜艇下潜过程中最小挽回深度的仿真分析

通过垂直面操纵运动仿真,得到了某型潜艇在以不同首倾角和航速下潜过程中的最小挽回深度,分析首倾角和航速对最小挽回深度的影响,潜艇在下潜过程中进行挽回操纵时应保持潜艇龙骨下水深大于最小挽回深度。     

破损潜艇应急上浮操纵仿真分析

对潜艇破损时使用高压气吹除主压载水舱进行了建模,分析破损面积、纵倾以及升降舵等因素对破损潜艇应急上浮的影响,提出根据潜艇破损部位和艇体姿态确定吹除主压载水舱的顺序原则,以及相应的操纵措施,仿真结果表明,所建立的模型是合理的,提出操纵措施是有效的。     

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。     

高压气在潜艇自浮操纵中的使用研究

潜艇发生破损潜坐海底后,高压气吹除主压载水舱的水提供浮力和力矩,使潜艇以较小的纵倾安全浮起。所以高压气在潜艇失事自浮过程中起着至关重要的作用。针对潜艇自浮操纵进行了研究,分析了高压气在潜艇自浮过程中的作用和使用方法。最后通过例子介绍了潜艇自浮时高压气使用预案的制定方法。     

潜艇深度PD-模糊控制仿真研究

针对单一控制方法对潜艇深度控制效果不佳的问题,开展了PD控制与模糊控制有机结合的潜艇深度复合控制方法研究。以潜艇垂直面运动为例,设计了潜艇深度PD-模糊控制器以及纵倾模糊控制器。利用Matlab/Simulink的Aerospace工具箱建立了潜艇三自由度仿真模型,并分别开展了PID控制器和复合控制器在不同工况下的仿真试验。仿真结果表明,与常规PID控制器相比,该复合控制器具有响应速度快、抗干扰能力强、鲁棒性好等特点。     

潜艇艇群反航母协同作战仿真试验

在分析潜艇艇群协同作战的特点和反航母作战需求的基础上,提出基于HLA体制的潜艇艇群反航母协同作战仿真系统的组成、功能和体系结构。基于仿真系统描述潜艇艇群反航母协同作战仿真试验设计的方案,在对抗环境下分析不同作战形式和样式下潜艇艇群反航母协同作战仿真的效果,对反航母作战的深化研究具有一定的指导意义。     

潜艇近水面航行自由液面干扰效应数值研究

针对潜艇近水面航行艇体水动力呈现显著变化的问题,本文在验证数值计算方法可行性的基础上,开展不同潜深及航速下潜艇粘性流场的数值模拟,获取艇体阻力、垂向力及纵倾力矩随水深及航速的变化规律。模拟结果表明:潜深是影响潜艇近水面与深水状态水动力性能差异的决定性因素,当潜深与艇体直径的比值H/D≤1.3时,近水面效应显著;而当H/D≥2.9时,可认为潜艇水动力性能与深水状态无显著差异;近自由液面条件下(H/D≤1.3),潜艇所受阻力及垂向力系数随航速的增大均呈现明显波动现象,这主要是由于自由面的兴波干扰使得艇体表面压力变化所引起。     

基于遗传算法的潜艇航迹定位系统设计

潜艇航行过程中受到航迹惯性扰动的影响,导致定位精度不高,为了提高潜艇的航迹性能,提出基于遗传算法的潜艇航迹定位系统设计方法,以潜艇航行的俯仰角、横滚角和转向惯性力矩等参数为约束指标,构建潜艇航迹定位的姿态参量控制模型,对定位姿态参量采用遗传算法进行融合滤波,结合Kalman滤波进行小扰动抑制,提高潜艇航迹定位的抗干扰能力,实现航迹定位控制律优化。在控制模块进行算法的程序加载,实现定位控制系统的优化设计。仿真结果表明,采用该方法进行潜艇航迹定位控制的精度较高,定位抗干扰能力较强。     

一种小型水下滑翔机的设计和运动模拟

描述了一种小型水下滑翔机的设计和原理样机制造。与一般水下滑翔机不同的是,设计中将用于改变净浮力的水囊放置在该水下滑翔机的艏部。这样的设计能够为水下滑翔机滑翔姿态改变时提供正向力矩,减小系统调节时间。最后,建立原理样机的动力学方程并仿真模拟原理样机的下潜滑翔运动。仿真结果显示,水囊的布置确实能够减少水下滑翔机在姿态改变时的调节时间。     

模型潜艇自动操控系统设计与实现

针对传统模型潜艇控制为有线控制方式,线缆影响模型潜艇水下机动的缺点,设计一种模型潜艇遥控式操控系统。该操控系统由主控制器、遥控器、传感器、放大电路、信号取样电路、舵角反馈机构、电动舵机、电源、高压气源、压载水舱系统、浮力调整及纵倾均衡系统、推进系统、报警系统等共同构成。操控系统由遥控器以无线通信方式发出指令,主控制器收到指令后自动解算,给出操控信号,经放大后控制执行机构,进行相应的注水、排水、转舵、浮力调整、纵倾均衡,主推进进车与倒车,配合操舵,潜艇机动到指定深度和航向,并保持姿态稳定,遥控器接收并显示模型潜艇当前的状态,遇到危险状态时报警器可自动报警。     

潜艇方向舵对艉升降舵舵卡的挽回操纵仿真分析

为分析潜艇方向舵对艉升降舵卡下潜大舵角的影响,建立潜艇水下空间运动及舵卡均衡模型,仿真分析表明,潜艇艉舵卡下潜舵大舵角后,立即减速并使用"方向舵满舵+艏上浮舵满舵"的抗沉措施在中低航速时是一种有效的挽回艉舵卡下潜满舵的手段。     

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。     

基于灰色预测的潜艇垂直面运动控制

由于潜艇运动具有大惯性、大时延和非线性等特点,在外界干扰下,传统的PID控制器不能及时进行参数调整,将出现无效操舵、操舵幅度过大等现象。本文根据潜艇垂直面运动特点,设计一种基于灰色预测模型的潜艇垂直面运动控制器,采用灰色模型对潜艇深度和纵倾偏差进行实时预测,并将预测值应用于改进的PID控制器。仿真结果表明,该控制器比传统的PID控制器具有更好的动态特性,并能有效地减少无效操舵和操舵幅度过大等现象。