Hydrodynamic characteristics of underwater vehicle with X-rudder configuration coupling with incidence and rudder angle北大核心CSCD

[目的]X形艉布局的水下航行体及操纵策略特殊,受主体姿态角影响的X形艉舵特性与十字形艉布局的不同。[方法]基于SUBOFF模型的X形艉布局方案,通过数值计算分析变单舵、变单舵耦合攻角以及变单舵耦合漂角时的操纵性水动力特性,并按照现有的船标推荐公式,对舵角/姿态角耦合下的操纵性水动力特性进行拟合研究。[结果]结果表明,X形艉水下航行体变单舵时,舵与主体间存在较强的相互作用,使得两个正交平面内的水动力(矩)存在差异;区别于无主体姿态角时的X舵水动力特性,耦合主体姿态角后的X舵水动力特性明显受到主体的影响。在研究的姿态角及舵角范围内,右上舵和左下舵舵效分别随姿态角的增大而减小和增大。舵导数相对变化量值最大达16%。[结论]研究结果可为X形艉水下航行体操控及仿真评估分析提供参考。     

舵型对潜艇操纵特性影响的仿真分析

本文介绍了X舵与十字舵的布局方式,并针对某型潜艇,在其尾操纵面分别为X形和十字形的情况下,编制了潜艇六自由度运动仿真程序,通过仿真分析,对X舵与十字舵在水平面和垂直面的操纵特性进行了综合比较,通过比较可以看出,无论是在垂直面还是水平面,X舵的舵效均高于十字舵,而且X舵能够有效控制潜艇水下高速回转时的横倾.从而得出结论:X舵的操纵性能均优于十字舵.     

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.     

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。     

小型无人帆船Z形操纵性能预测分析

[目的]无人帆船的操纵性预测对实现智能循迹航行具有关键性的作用。为了研究舵角与船体运动之间的关系,实现对操纵性的准确预测,[方法]采用数值模拟方法,系统研究无人帆船船—舵斜航粘性流场模型及其水动力特性,在对船—舵系统的水动力特性进行仿真前,分别对船体、敞水舵的数值计算结果与理论方法予以初步验证;然后,在此基础上实现无人帆船船—舵斜航粘性流场的数值计算;最后,利用MMG分离建模方法建立帆船的操纵运动模型,采用四阶龙格—库塔方法对微分方程进行求解,通过模拟船舶Z字形航行来分析船舵对船体操纵性的影响。[结果]结果表明,应用CFD方法预报船体操纵性可行。[结论]船体的操纵性能可以适用于规定工况下无人帆船的安全航行。     

自主水下航行器固定舵对尾舵水动力的影响

自主水下航行器(AUV)为保证尾舵受到撞击等不可控因素而不损坏,通常在全动舵前面安装起保护作用的固定舵。利用三维计算流体力学(CFD)软件对自主水下航行器的全动舵以及安装在全动舵之前起保护作用的固定舵,进行水动力特性分析。分析了固定舵安装之前和安装之后的升阻比,铰链力矩等水动力参数;通过改变固定舵与全动舵之间的缝隙大小,分析各个变量对整体水动力参数的影响,找到了固定舵的最佳安装位置,得出固定舵片对铰链力矩的影响。研究结果为自主水下航行器尾舵部位的保护舵设计提供了理论依据和参考。     

支杆对水下航行体操纵性水动力系数的数值分析

作为水下航行体操纵性水动力系数之一,线性速度系数的准确预报对操纵性设计具有重要意义。通过与水平面平面运动机构模型试验的线性速度系数数据对比,建立了线性速度系数的数值计算方法。在此基础上研究模型试验中安装模型用的支杆对Suboff模型线性速度系数的影响,对比分析了有无支杆状态下水下航行体表面压力及流线分布特性。     

潜艇X形舵和十字形舵等效舵角研究

在分析潜艇X形舵水动力特性的基础上，建立了舵叶面积不相等的X形舵和十字形舵舵角的等效关系，并考虑流场差异对水动力的影响；结论适用于潜艇X形舵的初步设计以及操纵控制系统，解决了X形舵在潜艇上应用的一个实际问题。     

水下航行体近海底运动操纵性研究

针对水下航行体近海底航行时的特点，首先建立了水下航行体的操纵运动数学模型，分别从水平面和垂直面两方面来考虑近海底对操纵运动水动力的影响，进而数值模拟和分析了水下航行体在近海底运动时的操纵性能变化规律，计算结果表明近海底航行使得其机动性减弱而运动稳定性增强。     

水下直升机运动稳定性分析

文章分析一种新型超机动飞碟形的自主式潜水器—水下直升机的运动稳定性,以实现其在海底复杂的作业任务。采用AYASYS-CFX计算流体力学的仿真模拟技术,分析飞碟形的水下直升机在水平面的机动性和垂直面的运动稳定性等水动力关键技术问题。采用多种数值水池模拟的方法,包括直(斜)航运动和圆池旋臂运动等模拟方法,以计算水下直升机的水动力的稳定性导数、水动力(矩)、随攻角变化的压力中心和阻升比等。在设计航速1 kn的情况下,采用Routh线性水动力导数组成的运动稳定性数学模型,分析其水平及垂直面上的运动稳定性。计算结果说明,水下直升机在水平面上回转运动具有战术直径接近零的超机动能力,同时,在垂直面上具有优于传统鱼雷形潜水器的运动稳定性。     

水下航行体空间操纵性预报研究

通过建立水下航行体空间的操纵运动数学模型,运用Visual C++设计开发水下航行体操纵运动预报系统,对水下航行体水平面、垂直面及空间典型操纵运动进行数值预报,数值模拟结果合理,能够较为全面地预报水下航行体的空间操纵运动。     

X形舵和十字形舵操纵力等效关系的研究

分析现代潜艇上应用X形舵的意义和必须解决的问题,在ITTC坐标系中比较X形舵和十字形舵的水动力特性,从而建立了相等舵叶面积条件下两种舵结构操纵力的等效关系。它用于指导潜艇X形舵的初步设计;将其应用于X形舵的操纵控制系统,可实现手动操纵工况下对X形舵的操纵控制,从而解决X形舵在潜艇上应用的实际问题。     

系列舵翼潜艇水动力系数数值计算及试验研究

操纵性水动力系数的准确计算和测量对潜艇操纵性预报及运动控制起着至关重要的作用。文中以SUBOFF为研究对象,基于切割体网格应用STARCCM+软件完成系列舵翼艇体阻力的数值模拟;采用基于三角形网格的面元法程序和循环水槽操纵性试验2种方法获得系列舵翼缩比模型(λ=2:1)的水动力系数,并研究不同Re下舵角水动力系数的变化趋势。结果与文献[1]对比,验证了STARCCM+对潜艇阻力性能模拟的可靠性以及2种方法获取水动力系数的正确性,为潜艇水动力系数的CFD数值模拟和操纵性预报仿真提供可靠的参考依据。     

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。     

X舵与十字舵潜艇稳定性对比分析

诸多潜艇强国对X舵潜艇的应用,说明了其背后巨大的实际应用价值。X舵操纵能力较十字舵更优是公认的,但X舵潜艇在实际研究过程中航向稳定性性能是一直被忽略的问题。为了解X舵潜艇相比于十字舵潜艇的航向稳定性如何,首先利用CFD方法研究SUBOFF标模来验证数值模拟的可行性,然后对某十字舵与X舵潜艇在不同工况下进行数值仿真,计算出与潜艇航向稳定性相关的水动力导数,最后比较研究2种操纵面稳定性差异。对比分析结果表明,原十字舵潜艇方向稳定性指数为0.021 46,新设计的X舵潜艇方向稳定性指数为0.249 03。说明设计的X舵潜艇满足稳定性要求,并有足够的裕度为改进潜艇其他性能提供设计空间。     

X舵与十字舵潜艇稳定性对比分析

诸多潜艇强国对X舵潜艇的应用,说明了其背后巨大的实际应用价值。X舵操纵能力较十字舵更优是公认的,但X舵潜艇在实际研究过程中航向稳定性性能是一直被忽略的问题。为了解X舵潜艇相比于十字舵潜艇的航向稳定性如何,首先利用CFD方法研究SUBOFF标模来验证数值模拟的可行性,然后对某十字舵与X舵潜艇在不同工况下进行数值仿真,计算出与潜艇航向稳定性相关的水动力导数,最后比较研究2种操纵面稳定性差异。对比分析结果表明,原十字舵潜艇方向稳定性指数为0.021 46,新设计的X舵潜艇方向稳定性指数为0.249 03。说明设计的X舵潜艇满足稳定性要求,并有足够的裕度为改进潜艇其他性能提供设计空间。     

基于支持向量机的水下航行器操纵运动在线建模

本文对水下航行器的操纵运动在线建模进行研究。使用增量式最小二乘法辨识得到了MARIUS AUV的水动力导数。为了提高辨识精度,使用积分型辨识样本结构进行输入输出样本对的构造。基于约束模试验获取的水动力导数,进行操纵运动仿真,得到纵向速度、横向速度、摇首角速度和舵角等样本参数。通过试验水动力导数和辨识得到的水动力导数对比,表明辨识算法的有效性。该研究对水下航行器操纵运动的在线建模和控制应用具有重要意义。     

基于支持向量机的水下航行器操纵运动在线建模

本文对水下航行器的操纵运动在线建模进行研究。使用增量式最小二乘法辨识得到了 MARIUS AUV的水动力导数。为了提高辨识精度,使用积分型辨识样本结构进行输入输出样本对的构造。基于约束模试验获取的水动力导数,进行操纵运动仿真,得到纵向速度、横向速度、摇首角速度和舵角等样本参数。通过试验水动力导数和辨识得到的水动力导数对比,表明辨识算法的有效性。该研究对水下航行器操纵运动的在线建模和控制应用具有重要意义。     

基于CFD的水下拖曳体艉部流场仿真

水下拖曳体的艉部线型是决定其水动力性能的重要特征之一,良好的艉部线型对减小拖曳体的形状阻力系数,提高拖曳航速,减小拖缆的张力等都有积极意义。选用带十字尾翼的水下拖曳体作为研究对象,应用k-ε模型对其艉部流场特性进行精细分析,分析静压力系数Cp沿拖曳体长度方向的分布,并对水下拖曳体与尾翼交接部上游马蹄涡流动的产生及发展过程进行计算,得出拐角区的流线及流场。计算和实验结果表明,所采用的计算模型和方法合理,可在此基础上应用到其他水下拖曳体的外形优化设计中。     

水下航行体X型正交舵控制参数设计研究

建立X舵与等效十字舵舵角相互转换的数学模型,提出X舵-十字舵等效舵角转换装置设计思想并以某型潜艇为例进行了仿真验证.通过该装置可有效地利用舵资源,最大限度地提高X型正交舵的操纵性能,并且可以解决X舵4个舵板间的交互影响,充分挖掘水下航行体的操控性能.