一种新型正浮力自主航行器设计与实现

介绍一种新型正浮力自主航行器的设计与实现。文中描述了正浮力自主航行器的工作模式、工作原理、外形设计、主要部件和控制系统等。该正浮力自主航行器通过其机翼产生负升力来克服自身正浮力,并结合其动力学控制面实现在水下运动。通过进行水池试验对正浮力自主航行器原理样机水面和水下运动的性能、控制响应等进行了研究。水池试验的结果验证和说明了新型正浮力自主航行器的环境适应能力强、安全性较高,并且其性能优异,具有良好的应用前景。     

水下无人航行器推进系统鲁棒推力控制

介绍一种多个推进器通用布局下推力分配模型的工作原理和计算方法,并举例说明,有效完成水下航行器各种控制功能,提高整个推进系统的可靠性.     

水下航行器执行机构故障诊断方法研究

针对水下航行器执行机构故障论断问题,建立了航行器推进器及舵等执行机构的偏差型故障模型和航行器水平面运动模型;设计了一种采用时变渐消因子实现的强跟踪滤波器算法,在线估计航行器状态及执行机构故障偏差,通过对残差进行分析,实现了对水下航行器执行机构的故障诊断。仿真试验验证了强跟踪滤波器在航行器执行机构故障诊断中的有效性。     

水下喷水推进器工作特性分析

在充分研究固体燃料涡轮机和高速轴流泵的基础上,提出了应用于水下航行器的喷水推进系统。研究了设计工况时,航行器、轴流泵、发动机的运动学和动力学平衡关系;在定深工况下,分析喷嘴数目变化时航行器的稳定速度;以及不同喷嘴数目时,航行器的变深和变速特性。研究结果表明,喷水推进器能够实现水下航行器大航深、高航速的性能目标。研究结果对喷水推进水下航行器具有重要的参考价值。     

模块化小型水下航行器设计及其水动力学性能研究

基于模块化思想,设计一种小型水下航行器,该航行器共分为艏舱、前侧推进舱、前浮力舱、主控舱、后浮力舱、后侧推进舱和艉舱7个舱室,并在航行器上安装可拆卸式滑翔翼板,由滑翔翼提供向上升力。设计完成后,建立航行器的三维数值仿真模型,采用CFD软件对其进行水动力学性能预报,分析水下航行器的流场分布以及不同攻角下的升力和阻力特性,并通过试验验证数值仿真结果的准确性,为新型水下小型航行器的设计提供研究思路。     

基于DASP系统的水下航行器内噪声监测技术研究

对水下航行器内噪声进行实时监测,有利于提高水下航行器安静性,强化其声学隐身性能。文章对DASP系统的组成原理和工作流程进行了简要介绍,阐述了噪声数据的分析处理方法,通过海上航行试验实测数据的分析,表明DASP系统数据处理能力强,结果可信度高,对水下航行器内噪声的实时监测和研究有着重要的军事意义。     

基于模型试验的水下航行器操纵运动黑箱建模

在开展一系列水下航行器模型试验的基础上,获取艇体、舵翼、推进器等的水动力参数,建立六自由度动力学模型。然后,基于RBF神经网络算法,对模型中的向心力、科氏力和阻尼项进行黑箱建模。通过水平面和垂直面的操纵运动仿真,对RBF神经网络在水下航行器黑箱建模中的有效性进行验证。     

无轴推进电机技术应用研究

对可用于水面及水下航行器无轴推进系统4种推进电机工作原理、特点、转矩强度、电力变换器要求、声学性能等技术方面的研究分析比较,得出采用交流永磁同步电机是当前无轴推进器应用的最佳选择。     

基于最小二乘原理的电动舵机测试指令生成与应用

基于最小二乘原理同时结合傅立叶拟合原理,对水下无人航行器(UUV)电动舵机实际指令信号段进行了拟合,在兼顾曲线拟合效果、拟合曲线的复杂程度和计算成本的情况下,获得了贴近实际水下无人航行器(UUV)电动舵机控制指令的测试指令信号,为充分模拟水下无人航行器(UUV)电动舵机的工作条件、突破电动舵机实际测试中的局限性奠定了基础,使电动舵机性能的研究和测试更具有实际意义。     

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。     

基于三元可控速度矩法的水下航行体推进泵参数化设计方法

随着水下航行体对推进器高性能和低噪声要求与日俱增,迫切需要研究适用于水下航行体的推进泵。本文选出影响水下航行体推进泵水动力性能的主要参数,基于三元可控速度矩方法,编写Matlab程序对推进泵进行参数化设计,并结合CFD数值模拟方法进行设计优化与试验验证。CFD计算结果表明模型泵水力效率能达到83%,达到设计目标并准确把握了设计工况点,验证了本方法的可靠性,为开发高性能水下航行体推进泵奠定基础。     

新型自主水下航行器的运动控制研究与应用

针对与上海交通大学共同研制的ZY-1型自主水下航行器,本实验室承担了其动力推进装置设计与优化任务。本文首先综合水动力特性和新型后置推进器的设计,分析此新型AUV后置X型推进器的推力模型,对AUV在水平面与垂直面的运动方式和相应的控制算法进行阐述,并设计了PID控制器。接下来在搭建的实验平台上对PID控制参数进行整定。最终在拖曳水池试验中验证了所述方法的合理性,并且在后期的湖试中得到了满意的试航结果。     

基于三元可控速度矩法的水下航行体推进泵参数化设计方法

随着水下航行体对推进器高性能和低噪声要求与日俱增,迫切需要研究适用于水下航行体的推进泵.本文选出影响水下航行体推进泵水动力性能的主要参数,基于三元可控速度矩方法,编写Matlab程序对推进泵进行参数化设计,并结合CFD数值模拟方法进行设计优化与试验验证.CFD计算结果表明模型泵水力效率能达到83%,达到设计目标并准确把握了设计工况点,验证了本方法的可靠性,为开发高性能水下航行体推进泵奠定基础.     

水下航行器噪声工程预测模型的初步探讨

固定翼飞机和水下航行器在系统工作原理和结构布局上存在众多的类似性,其噪声产生和传播也存在许多共同的特征.本文在借鉴飞机噪声预测研究的基础上,结合水下航行器噪声的一些独有特征,从系统和部件两方面对水下航行器噪声的产生和传播机理进行了分析,在此基础上介绍了水下航行器噪声工程预测模型的构思,并就作者在其中已经开展的一些基础研究进行了概述和介绍,供相关的研究人员讨论和参考.     

无人水下航行器网络控制器设计

传统无人水下航行器采用集中式结构设计,导致系统计算负担重、容错能力差、结构复杂.设计并实现了基于分布式结构的网络控制器,分析系统的工作原理,建立网络控制模型,设计网络控制器数据传输协议,并给出了硬件设计思路和软件开发,通过试验对网络控制器进行了验证。     

水下自主航行器在海洋环境监测中的应用及试验研究

水下自主航行器是海洋环境监测中十分重要的观测装备。论文针对海洋环境监测网的特点,开展了海洋环境观测型水下自主航行器的设计,提出了水下自主航行器在海洋环境监测中的几种应用形式。并对其中几种典型应用进行了海上演示示范试验,试验结果表明水下自主航行器在海洋环境监测中的应用是十分有意义,具有大范围推广的应用前景。     

多普勒计程仪水下速度标定方法的研究

目前常使用差分全球定位系统(DGPS)标定法对多普勒计程仪进行速度标定。但由于海况以及海面环境等外界的影响,航行器在水面航行很难达到标定条件的要求,标定精度难以保证。为提高标定精度,降低实验条件要求,文中研究了一种新型速度标定方法——水下速度标定。利用航行器在水下航行不受海况以及海面环境影响,结合DGPS获得航行器下潜前和起浮后的高精度位置信息,计算出航行器的真速度,来标定多普勒计程仪的速度。计算结果证明该方法可保障标定试验不再受外界因素的影响,缩短了标定时间、简化试验过程,大大提高了标定试验的效率和水下航行器的隐蔽性,并且航行器的航程越大,该方法标定精度越高。     

基于高斯滤波函数的水下航行器动力分析检测算法

水下航行器动力分析属于非线性问题,传统UT变换分析检测算法对于非线性问题的求解精度较低,因此设计一种基于高斯滤波函数的水下航行器动力分析检测算法。首先建立坐标系,对水下航行器的工作过程进行受力分析,并对水下航行器的运动和受力参数进行描述;随后引入高斯滤波函数,经过状态初始化、时间更新、量测更新的步骤,完成水下航行器动力分析检测算法设计。为了验证设计的算法具有较高的求解精度,设计水下航行器的冲击实验,根据冲击后的最大变形和最大等效应力对算法的计算精度进行判断。实验结果表明,设计的算法最大变形和最大等效应力的值均优于传统算法,验证了设计的基于高斯滤波函数的水下航行器动力分析检测算法具有更高的计算精度。     

任意路径航行的水下航行器回波特征研究

本文阐述基于频域间接法的板块元基本原理,建立水下航行器三维网格模型,提出以任意路径运动的水下航行器回波特征预报方法。通过开展1∶20缩比的Benchmark潜艇回波特性水下声散射试验,验证了上述预报方法的准确性。研究表明,预报方法能够预测水下航行器以任意路径航行的回波特征,对水下运动目标的探测与识别有一定意义。     

单桨、导管桨和泵喷推进器的水动力性能和流场对比研究

单桨、导管桨和泵喷推进器是水下航行器常用的3种典型推进器。论文在某型前置定子式泵喷推进器模型的基础上建立了2种新的模型，分别为只包含转子的单桨模型和包含转子、导管的导管桨模型。基于分离涡模拟方法，对这3种模型的水动力性能、流场进行了对比研究。结果表明，相对于单桨和导管桨，泵喷推进器的水动力性能有明显提高。此外，前置定子对转子叶片上的非定常载荷有较大的影响，改变了其幅值和频率特性，而导管对转子叶片上的非定常载荷影响较小。单桨和导管桨转子叶片上激振力的特征频率是转子的通过频率，而泵喷推进器转子叶片上激振力的特征频率是定子的通过频率。论文的结论对水下航行器的推进器选型和水动力性能研究有一定的工程指导意义。