水下无人航行器外挂吊舱水动力试验及操纵性分析

在循环水槽开展了某带吊舱水下无人航行器的水动力试验,绘制出了航行器阻力曲线,得到了与操纵性相关的主要水动力系数,在此基础上对水下无人航行器的运动稳定性进行了分析,并与不带吊舱情况下的水下无人航行器操纵性进行了比较。试验结果可为水下无人航行器推进系统设计及运动控制与仿真提供依据。     

多矢量推进水下航行器深度分组控制数学建模分析

传统水下航行器控制模型分析算法缺少对矢量动力参数的模型分析计算逻辑,因此造成控制模型分组参量关系分析不足,导致水下航行器控制动力输出量出现偏差的问题。因此,提出多矢量推进水下航行器深度分组控制数学建模分析。通过引入非线性适量运动算法,对水下航行器矢量推进下的运动进行数学模型建立分析;得到运动参数后,引入动力分组控制算法,根据计算得到的运动参数,对水下航行器进行深度分组控制模型的建立计算,从而得到准确的控制参量。最后,通过设计的仿真实验对上述分析结果进行准确性验证,证明提出方法的可行性。     

美国海军研制新型水下无人航行器

美国海军日益看好水下无人航行器的作战潜力,认为水下无人航行器将给21世纪水下作战方式带来一场革命。本文介绍了美国海军水下作战中心对未来水下无人航行器的设想以及为实现这一设想而制订的研制计划。     

美海军最新式水中自动武器

进入21世纪以来，AUV的研制成功标志着“水中”自动探测武器出现了突飞猛进的进步。AUV是“Autonomous Underwater Vehicles”的简称，即“水下无人航行器”。水下无人航行器共有两种类型，有线型和无线型。20世纪建造、现在仍在使用的自主式水下无人航行器几乎都带电线或光纤电缆，主要通过远距离有线控制，因此被称为“遥控水下航行器”(Remotely Operated Vehicles)。21世纪建造的最新式水下无人航行器系无线型，主要通过人工智能自行判断和行动，是自由航行的AUV。下面，简要介绍一下美海军最新式水中自动武器。     

水下无人搜探系统装备使用模式分析

本文从搭载平台、使用水下无人航行器数量、水下无人航行器与母船相对距离、水下无人航行器搜索和探测目标的行动方式、使用人员对水下无人航行器干预程度等几个方面,并结合任务类型和性质,分析提出水下无人搜探系统装备使用模式。     

基于改进人工势场的避障路径规划策略研究

随着战争形势的无人化、多样化和跨域化发展,水下无人航行器作为各军事强国抢占水下作战域和海洋不对称作战优势的主要抓手,在未来战争中发挥着越来越重要的作用。由于海洋非结构化环境的复杂性,水下无人航行器在执行任务过程中,需能够在无人干预情况下进行系列操作和任务决策。本文针对水下无人航行器局部路径规划,提出基于速度矢量判断的改进人工势场法的避障航路规划策略,通过增加障碍物斥力场范围,强化目标点附近的引力场,优化障碍物斥力系数,并通过速度矢量判断旋转方向,使得水下无人航行器能够结合环境感知信息进行路径实时调整,最终能够达到安全快速避障。最后结合航行器流体动力与运动控制一体化仿真模型进行仿真分析,验证提出算法的有效性。     

大推力水下航行器运动偏移特性数学建模

水下航行器在维持深水域航行探测时需要大推力辅助,很容易产生运动偏移,为了提高水下航行器运动偏移特性数据分析的准确度,设计应用数学坐标建模思想,建立航行器偏移特性数学模型。引入地面坐标系和水下局部坐标系,建立整体坐标系概念,将航行器运行轨迹看做静态坐标变换过程,构建2项坐标转换方式,为了简化计算步骤,根据坐标系概念确定当前航行器水下流体微元,在浮力、环境力和重力引导下确定航行器运动方程表达式,依据运动方程表达式建立矢量控制模型,最终根据欧拉角关系速度矢量和偏转特性,解析控制模型,获取最终数据结果。实验数据表明,该分析模型法向阻力系数计算准确度提高了27%,切向阻力系数提高了22%,可以有效提高数据计算的准确度。     

水下动平台与无人航行器的对接路径生成方法

分析水下运动平台回收无人航行器对接过程所处的环境特点与运动姿态特征,建立水下动平台与无人航行器回收过程模型,将回收过程分为跟随段、调整段、对接段和回收段。根据调整对接的水下导引控制特性,提出无人航行器对接路径基准轨迹生成模型,建立无人航行器回收对接航路点生成方法,并采用三次插值对航路点进行平滑,形成了水下动平台与无人航行器的对接路径,通过案例仿真计算分析,表明提出方法的有效性。     

大翼展混合驱动无人水下航行器水动力特性研究

为提高无人水下航行器的操纵性和运动控制算法的高效性,对航行器水的动力特性进行分析尤为重要。基于黏性流体理论,采用高效的计算域分区法提高航行器变攻角网格的生成效率,开展不同攻角和航速下的航行器水动力数值预报与分析,定量给出航行器的升阻力、升阻比和俯仰力矩系数随攻角的变化规律,得到航行器上浮和下潜时对应的最优攻角和动压力中心点偏移量,为航行器的运动的姿态控制提供设计和指导依据。分析攻角对航行器压力场、速度场和涡量场的影响规律,为后续优化航行器构型、提高航行器的水动力性能奠定基础。     

基于混合网格的水下航行器系统航行特性研究

水下航行器系统是包含主体、推进系统和其余附体的整体结构,其航行特性研究是水下航行器系统设计的重要内容.为研究水下航行器系统的航行性能和航行时的表面压力特征和流场特性,基于CFD方法,使用重叠网格和滑移网格相结合的混合网格技术对某自主研发水下航行器系统模型进行直接模拟.结果表明:水下航行器系统在不同大小的推力作用下,会表现出不同的航行性能,通过推力-速度曲线可以插值得到不同推力下的航行点;水下航行器在来流速度不同时其所受表面压力大小不同,但分布规律相似,且具有相同的流场分布特性.     

带吊舱水下机器人运动建模与仿真(英文)

To provide a simulation system platform for designing and debugging a small autonomous underwater vehicle’s (AUV) motion controller, a six-degree of freedom (6-DOF) dynamic model for AUV controlled by thruster and fins with appendages is examined. Based on the dynamic model, a simulation system for the AUV’s motion is established. The different kinds of typical motions are simulated to analyze the motion performance and the maneuverability of the AUV. In order to evaluate the influences of appendages on the motion performance of the AUV, simulations of the AUV with and without appendages are performed and compared. The results demonstrate the AUV has good maneuverability with and without appendages.     

"CR-02"6000m无人自治水下机器人载体系统

“CR－02”6000m无人自治水下机器人（AUV）是基于“CR－02”6000m机器人的改进型。“CR－02”机器人的最大工作深度为6000m。它的一项重要功能是通过采用艏部垂向和横向对转槽道桨，使其具有海山爬坡能力；另一重要功能是它具有先进的测深侧扫声纳，抚仙湖的试验结果表明艏部对转槽道桨大大改善了机器人的机动性。本文简要地介绍了机器人的主要技术特性和参数、载体线型、推进系统和框架结构。     

AUV水下回收过程中的操纵性仿真研究

在建立自主水下航行器(简称 AUV)六自由度运动模型的基础上,基于势流理论建立了潜艇运动扰动流场对 AUV 扰动力的计算模型,并对回转体 AUV 在回收时靠近潜艇过程中的操纵性进行了仿真,仿真结果显示,AUV 在靠近潜艇的过程中,潜艇扰动流场对 AUV 深度和侧向位移有较大的影响,而对姿态角的影响较小,因此,回转体 AUV 可以稳定地完成水下的回收运动。     

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.     

全方位推进器与首侧推器综合作用对船舶操纵性能的影响

以船模自由自航模试验为基础，对采用全方位推进器和首侧推器的船舶特殊操纵性能进行了试验研究，对其原地掉头、纯横移、斜移等操纵方式进行了探索和研究。同时，通过测量首侧推器作用力随航速变化规律，分析了首侧推器在该类船舶上的应用情况，供设计者参考。     

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.     

智能水下机器人的建模和控制策略研究(英文)

To provide a suitable model for AUV simulation and control purposes, a general nonlinear dynamic model including a novel thruster hydrodynamics model was derived. Based on the modeling method, the “AUV-XX” simulation platform was established to carry out fundamental tests on its motion characteristics, stability, and controllability. A motion control strategy consisting of both position and speed control in a horizontal plane was designed for different task assignments of underwater vehicles. Combined control of heave and pitch was adopted to compensate for the reduction of vertical tunnel thrusters when the vehicle is moving at a high speed. An improved S-surface controller based on the capacitor plate model was developed with flexible gain selections made possible by different forms of restricting the error and changing the rate of the error. Simulation results show that the derived general mathematical model together with simulation platform can provide a test bed for fundamental tests of motion control. Additionally, the capacitor plate model S-surface control shows a good performance in guiding the vehicle to achieve the desired position and speed with sufficient accuracy.     

概念设计阶段的邮船横移操纵性评估方法

为准确评估邮船的横移操纵性，对概念阶段的某中型邮船的横移抗风性展开研究。考虑邮船上层建筑高大的特点，在由侧推器、螺旋桨、舵所组成的横移平衡计算模型中，增加风载荷及力矩，并依据现有的初步设备参数，计算13个风向角所能承受的最大风速，预测邮船在码头的横移抗风操纵性能力。通过实例计算验证，此评估方法能够清晰便捷地评估邮船在不同风况下的横移抗风能力，为邮船概念设计阶段的横移操纵性提供重要支撑。     

AUV均衡系统设计及垂直面运动控制研究

针对AUV传统均衡调节系统存在难以克服的缺陷而无法实用的问题,设计了一种新型液压均衡系统。该系统主要由油箱和安装在AUV轴线上的两个油囊组成,通过调节油箱和油囊的油量来调节AUV的姿态和浮态。同时在简化AUV垂直面运动模型的基础上,构建了深度控制、纵倾控制和浮态控制模型,并基于PID和均衡系统设计了深度控制、纵倾控制和浮态控制方法。仿真结果表明在无干扰和有干扰两种情况下,设计的均衡系统能有效控制AUV的垂直面运动;建立的AUV垂直面运动控制模型符合AUV运行特性;PID控制算法适合海流干扰下的AUV均衡控制,且具有良好的控制品质。     

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。