高速旋回潜体对差动舵角运动响应研究

分离式舵不同操舵方式可产生差动舵角,目前,针对差动舵角对高速机动潜体的旋回运动特性研究尚未完全展开。为此,本文以分离式舵6DOF运动方程为基础,研究差动舵角对高速旋回潜体运动姿态、特别是横倾的控制能力,比较不同差动舵角对潜体定深、变深运动姿态的影响。研究结果表明,差动舵角对于潜体高速旋回时的运动姿态、特别是横倾有较强的控制、抑制能力。     

差动式十字舵的操纵特性

阐明差动式十字舵及差动舵角的定义,说明差动式十字舵在使用上的优缺点,并对某型潜艇进行了用差动舵预防横倾的能力估算.     

差动式十字舵对潜艇回转横倾的控制

本文阐明了差动式十字舵及差动舵角的定义,说明了差动式十字舵在使用上的优缺点,并对某型潜艇进行了差动舵预防横倾的能力估算。     

潜艇高速空间旋回运动分离舵横倾控制的数值研究

基于RANS方法,以全附体SUBOFF潜艇模型为研究对象,采用重叠网格嵌套滑移网格技术处理潜艇-舵相对运动,对不同螺旋桨转速下的潜艇空间旋回运动时的横倾控制开展研究。计算结果表明,分离舵的横倾控制效果较好,潜艇横倾角能迅速和平稳地过渡到静横倾角,实现了潜艇无横倾状态下的高速空间旋回运动,保障了潜艇姿态安全。分离舵的横倾控制对潜艇初期回转性能存在不利影响,但对定常回转性能的影响较小。     

分离式舵对潜艇横倾控制仿真分析

阐明分离式舵及差动舵角的定义,并以某型潜艇为例,分析了分离式舵对潜艇横倾的控制能力。并在此基础上编制了基于分离式舵的潜艇自动舵仿真模拟软件,通过仿真模拟对分离式舵与普通十字舵在潜艇高速回转时对横倾的控制能力进行了比较。     

船舶旋回时的横倾

船舶旋回过程中的横倾是影响船舶安全的重要因素.为了研究重心较高的船舶在旋回过程中的横倾,文章根据分离型建模思想,建立了考虑船舶横倾的船舶运动数学模型,并利用MATLAB仿真软件仿真了船舶旋回运动,仿真结果与实验结果基本一致,说明模型正确.利用此模型对船舶旋回运动研究结果表明:船舶横倾角与GM值、船速和舵角有关;船舶旋回时应适当控制船速以减小横倾角,GM值较小的船舶还应控制船舶旋回时的舵角,从而保证船舶安全.     

基于舵角信息的航向修正和横漂速度估计算法研究

阐述了舰船在机动情况时舵角反馈信号对航向精度的提高以及对横漂速度的估计作用,结合舰船的运动模型和航向角H与舵角β的关系模型,考虑横漂速度对舰位的影响,引入舵角反馈信息,建立了有舵角反馈信息参与的kal-man滤波模型,并利用Matlab软件将有/无舵角信息参与的kalman滤波模型进行了比较,结果显示有舵角信息参与的kal-man滤波模型效果较好。     

共翼型舵特性及其对潜艇潜浮运动影响研究

共翼型舵是一种新型的潜艇组合舵翼操纵面.文章首先通过水洞试验和CFD计算对共翼型舵的敞水水动力性能进行了研究,结果表明,共翼型舵的舵效随弦长比和展弦比增大,封堵舵翼之间的间隙可以显著提高舵的水动力性能.随后通过CFD计算对比了分别安装有普通舵、共翼型舵和封堵缝隙的共翼型舵的潜艇的潜浮运动,结果显示,5°舵角时,安装共翼型舵和封堵缝隙的共翼型舵的潜艇模型潜浮角分别比安装普通舵的模型提高65％和105％左右.     

基于斜舵的船舶运动姿态控制研究

采用45°倾斜安装的高效襟翼舵实现航向、横摇、纵摇的同时控制,阐述了斜舵减摇原理,并提出了采用高效襟翼舵以获得较高的升力系数,从而在不加大舵面积的情况下实现船舶纵摇运动控制.仿真结果表明,利用高效襟翼斜舵实现船舶运动姿态控制是可行的.     

扰流板对高速巡逻艇回转性能的影响

采用CFD数值模拟的方法,以某20 m级公安巡逻艇为研究对象,对扰流板安装前后该巡逻艇回转运动过程中的流场及水动力特性进行深入研究,分析扰流板对巡逻艇回转性能的影响情况。结果显示,该巡逻艇在安装扰流板后产生了额外的转船力矩和抬升力矩,该水动力特性使得该艇的回转性能得到提升,回转直径减小了11.64%,回转横倾角减小了13.20%。该研究成果为扰流板的推广及使用奠定了技术基础。     

H型尾操纵面模型在潜艇超越运动中的性能分析

为改进十字型尾操纵面Suboff-1模型在超越运动中的横摇现象,通过重叠网格方法与体积力模型对十字型和H型2种不同形式尾操纵面模型进行超越运动数值模拟。通过对运动中不同尾操纵面模型达到预定首摇角时间、超越运动完成时间、最大横摇角进行监测分析,获得改进后的H型尾操纵面在应舵性能、跟从性能、减摇性能上较十字型尾操纵面的优势,并对5组翼面简单的H型尾操纵面模型进行超越运动数值模拟,获得翼面宽度最优解。结果表明H型尾操纵面较十字型尾操纵面在应舵性能上有少量损失但减摇性能大幅增加,最优翼面宽度为艇体平行中体直径的50%。改变尾操纵面形式仅改变尾部涡场部分,对潜艇的隐蔽性能影响较小。     

分离式尾舵潜艇卡单舵操纵控制技术研究

提出针对分离式尾舵单舵卡舵状态下的仅应用操纵面对潜艇进行挽回的LQG/LTR操纵控制技术,设计相应的分离式尾舵单舵卡舵状态下潜艇的数值仿真模块。数值仿真结果验证该设计方法的有效性。     

卡尔曼滤波在潜艇垂直面运动控制器设计中的应用

潜艇低噪声操纵存在无效用舵现象。简要介绍了滤波信号的表示形式,在潜艇垂直面线性运动方程的基础上,得出了滤波信号的系统模型,并对其进行了离散化处理;将均方差最小线性递推滤波算法引入到输入信号的控制过程中,通过仿真证明对输入信号进行卡尔曼滤波能够提高输入信号的品质,用于工程应用。     

基于遗传算法的潜艇首端耐压平面舱壁构架分级优化研究

探讨了潜艇首端耐压平面舱壁的结构优化设计,针对舱壁结构复杂、设计变量多、取值离散规格化等难点,确定两级优化方案,即先后分别对舱壁内部主构架和肘板进行优化,采用遗传算法作为优化方法,并利用ANSYS程序对舱壁结构进行受力分析.对遗传算法进行了改进,并在此基础上用MATLAB语言编程实现遗传算法操作,同时编程与ANSYS结合起来,完成结构优化设计.经过迭代优化,得到一个优化方案,优化部分的结构重量较初始方案降低了18.39%.     

高速无舵翼水下机器人运动控制研究

通过改进传统水下机器人体系结构中的执行层、控制层和感知层,提出了无舵翼水下机器人的运动控制系统,使得水下机器人的运动控制系统在保持原有精确定位的功能外,也能完成远距离高速航行等任务.具体的改变包括执行层中的推进器布置方式以及推力分配方案、控制层中的控制方法以及在感知层中加入局部目标规划器,这些改变解决了高速航行给无舵翼水下机器人带来的一系列问题.海上进行的对比试验和远距离长航试验,验证了无舵翼水下机器人在所提出的运动控制系统控制下是可以满足任务要求的.     

高速航行体的自然超空泡流阻力特性研究

利用Fluent6.2对水下带圆盘空化器高速航行体的自然超空泡流动进行了数值模拟,计算分析了超空泡高速航行体的阻力特性,研究了空化器直径、航行体长细比对航行体超空泡减阻效果的影响,分析了高速航行体的超空泡减阻率。结果表明,超空泡形态下随着航行体速度衰减,航行体压差阻力系数缓慢减小,粘性阻力系数迅速增大,航行体的总阻力系数增加;航行体阻力系数与头部空化器直径的平方成反比;增加航行体的长细比,可以获得更小的阻力系数;高速航行体的超空泡减阻率可达95%以上。最后将仿真计算结果与水靶道试验进行了对比,二者基本相符。     

舵速对船舶波浪中回转及横摇的影响

基于经典MMG模型和统一理论建立操纵性和横摇四自由度耦合模型,利用耦合模型叠加波浪力的方式来预报船舶波浪中的回转和横摇特性。波浪力采用三维面元法计算,并根据船舶实时速度和遭遇浪向进行二维插值。通过自航模试验进行模型验证,预报了不同操舵速度对船舶回转和横摇的影响。研究表明耦合模型能够有效地仿真船舶的回转及横摇,回转过程中操舵速度越大船舶改变航向和航迹的能力越强,纵距越小,但会给船舶造成较大的横摇。     

高速三体船阻力性能研究

对中体和侧体均为Wigley船型的高速三体船模在Fr=0.1～0.8时3个横向偏距、5个纵向偏距共15个状态进行了阻力试验,将高速三体船线性兴波阻力理论计算结果与模型试验结果进行了比较,并据模型试验结果分析了横向偏距和纵向偏距对兴波阻力系数的影响,其中各状态的形状因子(1 K)按普鲁哈斯卡法确定,对形状因子与偏距的关系也进行了探讨.     

高速船波浪增阻数值预报方法研究

海洋气象因子fw是国际海事组织（IMO）提出的EEDI计算公式中的重要成分,而船舶波浪增阻是决定fw的关键,由于国际上关于高速船波浪增阻预报方面的研究很不完善,为此文章基于二维半理论求解水动力和运动响应,利用几种不同方法对波浪增阻进行计算,并与模型试验结果相比较,在此基础上,推荐了一种适合计算高速船波浪增阻的方法。     

高速排水型舰船加装尾板的节能机理

尾板是加装在高速排水型船尾封板端板处沿船体向后延伸的一块短板,是一种方便和简单的节能措施,本文主要研究其节能的原因.通过大量的模型试验结果分析和对某舰有无尾板的CFD理论计算,并与高速水面快艇加装尾板减阻机理的比较发现:排水型船的节能机理有所不同,尾部压力分布的变化是高速排水型船加装尾板节能的主要原因.