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。     

潜艇空间强机动操纵安全性仿真计算与分析

随着潜艇技术的发展,研究潜艇空间强机动的运动特性、操纵控制方法和战术运用,已成为提高潜艇作战能力和生存能力亟待解决的课题.依据潜艇操纵性理论,采用潜艇空间六自由度运动方程为仿真数学模型,对某型潜艇进行空间强机动时的操纵安全性进行了仿真分析,研究了潜艇强机动的操纵控制措施和方法.     

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。     

基于潜艇自动舵操纵模拟系统的模型简化及仿真

为了实现潜艇自动舵操纵系统的半实物实时模拟,本文围绕运动模型的简化方案,从国内外不同的简化思路和方法入手,分析和评估水动力系数对操纵性的影响,构建了较为简便易于实现的运动模型.通过仿真计算,有效地验证该模型的正确性与合理性.     

潜艇外挂武器模块后的运动建模与仿真

为了对潜艇外挂武器模块后的运动性能进行研究,本文用近似估算的方法推算外挂后潜艇的水动力系数,建立六自由度运动的Matlab数学模型,并对潜艇外挂武器模块前后的5种典型运动进行对比仿真分析.仿真结果表明外挂武器模块对潜艇的运动性能有一定的影响,外挂后潜艇的操纵性降低、应舵性下降,所建立的仿真模型可基本反映潜艇外挂武器模块后的运动特性,可为下一步潜艇外挂武器模块论证奠定一定的理论基础.     

潜艇应急操纵挽回方式控制效果的仿真分析

在美国海军舰船研究与发展中心(DTNSRDC)发表的潜艇标准运动方程的基础上,根据潜艇特殊工况或大功角状态下的水动力特征对潜艇操纵运动方程进行了修正,建立了包括高压气吹除压载水舱模型的潜艇应急操纵模型.依靠建立模型对潜艇应急操纵时操纵首尾舵和高压气吹除压载水舱等挽回方式的效果进行仿真分析,通过算例对分析结果进行验证,结果表明模型仿真的准确性.最后针对挽回过程提出了控制过程中的合理化建议.     

潜艇舵卡和舱室进水情况下的安全性研究

在潜艇空间运动方程基础上，结合潜艇大功角操纵性水动力试验，考虑了大功角状态下的水动力系数项对潜艇状态的影响，建立了完整的潜艇应急挽回操纵模型和高压气吹除压载水舱模型。模拟了目标潜艇艉升降舵卡和潜艇不同部位破损进水典型事故，确定了不同事故情况和不同挽回方式下的深度和速度限制安全操纵运动图，并讨论了最佳操纵方案和限制线上潜艇状态特性。仿真结果表明，数值模拟能够较好的预报潜艇舵卡和进水情况下的性能，以及潜艇能成功挽回浮出水面的能力。     

舱室进水情况下潜艇的挽回操纵

当潜艇由于各种意外事故造成艇体或通海管路破损进水后,具有淹水舱的潜艇在车、舵和高压气吹除作用下的挽回运动过程复杂而危险.文章借助Laval喷管理论建立了高压气吹除主压载水舱的模型,从而建立起包括舱室进水,用车用舵和舱室吹除等因素在内的,考虑了大攻角影响的潜艇挽回六自由度空间操纵运动模型.同时,针对不同进水部位、不同进水方式和不同航行深度等因素,计算得到了典型的潜艇水下操纵性安全界限图中的进水限制线.     

潜艇外挂武器模块后的运动建模与仿真

为了对潜艇外挂武器模块后的运动性能进行研究,本文用近似估算的方法推算外挂后潜艇的水动力系数,建立六自由度运动的Matlab数学模型,并对潜艇外挂武器模块前后的5种典型运动进行对比仿真分析。仿真结果表明外挂武器模块对潜艇的运动性能有一定的影响,外挂后潜艇的操纵性降低、应舵性下降,所建立的仿真模型可基本反映潜艇外挂武器模块后的运动特性,可为下一步潜艇外挂武器模块论证奠定一定的理论基础。     

计及陀螺效应的潜艇动力学仿真实现方法

对于装有旋转装置的水下航行体(如潜艇)而言,旋转体的陀螺效应会影响其运动与操纵性,因此有必要对其进行定量分析.本文基于Matlab研究包含陀螺力的潜艇六自由度数学模型仿真方法,采用龙格库塔法将包含陀螺力的潜艇六自由度数学模型转化为仿真模型,编制了数值仿真程序,并实现了仿真结果的数据可视化,从而为研究在考虑陀螺效应情况下的潜艇运动与操纵特性奠定了基础.     

潜艇运动仿真及航行试验评估方法

潜艇运动仿真和航行试验评估在潜艇的整个设计周期中起重要作用。在设计论证阶段,基于理论计算的潜艇运动仿真可以对潜艇总体性能进行预评估,而航行试验评估则对仿真计算与模型试验进行验证。本文介绍了潜艇运动仿真的设计状况、设计要点及系统辨识方法。并对标准海上试验程序提出修改意见,在确定的定常航行条件下,这个新的程序可以在较少的时间内获得更有用的结果。     

潜艇主压载水舱高压气吹除系统数学模型

通过对潜艇主压载水舱高压气吹除系统物理模型进行合理简化,建立了主压载水舱高压气吹除过程的数学模型,并进行了仿真计算。仿真计算结果与实艇操纵情况基本吻合,说明本文所建立的数学模型是可行的。它为研究潜艇主压载水舱应急吹除时的运动规律和操纵控制方法提供了条件。     

潜艇控制和仿真的数学模型

由潜艇六自由度空间运动方程式,导出适合控制和仿真的数学模型,并推导出潜艇图形显示的投影公式,得以形象地显示潜艇的姿态。     

潜艇垂直发射导弹过程中的不确定因素对操纵控制的影响

潜艇在导弹垂直发射过程中所受的激变力十分复杂,包括导弹弹射出筒的发射反力、高压燃气溢出造成的负压区、导弹出筒与海水灌冲发射筒造成的失重与超重等.在实际发射过程中,这些激变力的大小及其时间特性都具有一定的随机性,因而成为在一定范围内变化的不确定因素.结合潜艇空间运动方程,建立潜艇垂直发射导弹过程的仿真模型,根据数值仿真计算结果,分析不确定因素对导弹发射及潜艇状态挽回控制过程的影响.     

潜艇大攻角操纵运动预报

舱室破损进水是造成潜艇失事的主要险情之一.文中针对潜艇首部破损进水并采取应急吹除上浮时出现的大攻角运动状态,建立了潜艇大攻角操纵运动数学模型.通过数学模型中有、无考虑大攻角水动力修正的两种形式,对潜艇首部舱室破损进水的挽回操纵进行了仿真预报比较.仿真结果表明,潜艇在大攻角状态下的操纵运动预报,数学模型中考虑了大攻角水动力修正后的预报更加合理.而且,在潜艇舱室破损进水采取应急吹除挽回时,需要重点关注升降舵对纵倾的控制.     

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。     

潜艇垂直面运动标准化仿真模型研究

本文根据刚体动力学理论所建立的动力学运动方程，结合面向对象编程设计法则，开发出具有良好延展性和可移植性的潜艇垂直面运动标准化仿真模型，并将模型成功运用在潜艇水下六自由度运动仿真系统中，该模型将在潜艇操纵系统的作战使用、故障应急处理及维修的研究工作中起到积极的辅助作用。     

悬停系统运行品质对潜艇悬停操纵的影响

为满足潜艇水下悬停的战术需求,潜艇悬停系统必须控制潜艇按规定的稳定精度悬停在指令深度上,因此悬停系统运行品质对潜艇能否顺利完成战术任务较为重要。以模型潜艇为研究对象,在潜艇悬停运动基本数学模型、海洋环境干扰力模型和悬停水舱注排水控制模型的基础上进行仿真计算,研究悬停系统运行品质的3个关键指标,即流量计误差、悬停水舱注排水速率和最小注排水量对潜艇悬停操纵的影响,分析悬停系统运行品质与悬停稳定性之间的逻辑关系,研究结论可为悬停系统关键指标的设计优化和潜艇操艇系统的性能改进提供有益参考。     

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。     

潜艇损管应急操纵的运动仿真

利用航行训练模拟研究了破损进水对潜艇水下运动状态的影响，建立了与破损进水和应急处理相应的数学模型，模拟了潜艇发生破损时采用应急措施后艇体的运动状态。仿真结果对于实艇抗沉操纵有一定指导意义。