鱼雷定深航行稳定性的分叉分析

鱼雷定深运动方程含有诸多的非线性项,用传统的分析方法对其稳定性进行研究有较大难度。运用非线性科学中的分叉理论,选定鱼雷定深运动方程中的某一流体动力系数扰动值为分叉参数,系统地分析在经典比例微分深度控制系统作用下,鱼雷在退化平衡点处的航行稳定性。利用中心流形定理,推导出系统状态变量解析表达式,对系统Hopf分叉进行分析,并进行仿真验证。结果表明,流体动力系数变化使定深航行产生Hopf分叉,并给出了确保鱼雷稳定航行的流体动力参数取值范围。     

鱼雷空间运动预报方法

本文给出了鱼雷在雷体系中的空间运动方程和流体动力的非线性表达性，以及空间运动预报方法和算例。     

鱼雷纵向操纵性研究

鱼雷是一个复杂的非线性系统，其空间运动方程包含6个动力学方程和9个运动学方程，有15个未知参数，求解此方程组的解析解很困难，只能进行数值求解，而操纵性的研究一般是对其运动和侧向运动分别研究，为此本文在研究鱼雷航行条件的基础上，在一定的假设条件给出简化方程。基于此，对鱼雷的操纵性进行了研究，文中以纵向运动为例进行了实际计算。     

迎浪时基于非线性运动方程的船舶RANS数值模拟

迎浪航行是船舶运动是非线性运动,采用一类具有齐次解的二阶偏微分方程描述迎浪时船舶的非线性运动,构建船舶迎浪航行控制的非线性运动方程,在临界稳定条件下分析船舶非线性微分方程的齐次解,在非线性波动运动模式下,建立船舶非线性运动方程的局部寻优模型,采用最小二乘拟合方法进行迎浪航行的控制参量寻优,实现非线性运动方程的船舶RANS数值仿真模拟,根据RANS数值模拟结果实现船舶非线性运动优化控制。数值仿真分析表明,迎浪时船舶非线性运动方程具有稳定收敛的齐次解,能实现对船舶的超稳定性控制。     

基于分叉理论的水下超空泡航行体运动特性研究

为保证水下超空泡航行体稳定地运动,分叉分析航行体的运动状态随空化数变化的规律,基于分叉理论,利用数值仿真、相轨图分析并验证航行体在不同空化数下的运动特性,最后通过二维分岔图确定航行体稳定运动条件和参数范围。研究结果表明:超空泡航行体的运动具有非线性动力学特性,随着空化数的变化,系统的相轨迹出现极限环、混沌吸引子等现象;合理地调整控制律可以扩大航行体稳定运动的空化数范围,实现航行体的稳定运动。     

基于分叉理论的水下超空泡航行体运动特性研究

为保证水下超空泡航行体稳定地运动,分叉分析航行体的运动状态随空化数变化的规律,基于分叉理论,利用数值仿真、相轨图分析并验证航行体在不同空化数下的运动特性,最后通过二维分岔图确定航行体稳定运动条件和参数范围。研究结果表明：超空泡航行体的运动具有非线性动力学特性,随着空化数的变化,系统的相轨迹出现极限环、混沌吸引子等现象;合理地调整控制律可以扩大航行体稳定运动的空化数范围,实现航行体的稳定运动。     

A244空投鱼雷流体动力特性探讨

本文在理论计算与风洞模型实验基础上，给出了Ａ２５５鱼雷的流体动力外形参数与流体动力参数，并对其特性进行了较常深入地分析与探讨。     

非线性动力学在波浪中的非线性横摇运动及运动稳定性研究

保证船舶在航行过程中的稳定、安全行驶,是研究船舶运动稳定性的一个重要课题。本文通过研究影响船舶在波浪中非线性横摇运动的影响因素,并通过Floquet理论分析船舶在波浪中运动的稳定性解得分叉、跳跃、混沌。最后通过实例来说明,船舶在非线性横摇过程中,突然的扰动有可能导致船舶倾覆。     

鱼雷型无人水下航行器鲁棒控制器设计

针对鱼雷型无人水下航行器航行过程中外界环境干扰复杂,航行体系统内部干扰严重的特殊问题,并同时考虑系统参数剧烈变化造成的系统不确定性,设计纵向鲁棒控制器。该控制器采用 PID控制器作为标称控制器控制标称受控对象。利用非线性状态观测器估计受控系统中的不确定性和外界环境干扰,并通过补偿控制律补偿,使整个闭环控制系统具有鲁棒性。将此方法应用于鱼雷型无人水下航行器鲁棒控制器的设计,可大大提高鱼雷型无人水下航行器航行过程中对干扰的抑制和对不确定性的适应能力,保证鱼雷型无人水下航行器在整个航行过程中的姿态稳定,以保证航行任务的完成。     

风帆辅助推进船舶操纵可控区研究

加装风帆后的船舶在低速时的航行特性有别于无帆情形。为确保低速航行安全,基于MMG非线性运动方程,计算了有、无风帆情况下的船舶操纵可控区。运动方程中的船体水动力系数、舵模块参数等由经验公式得到,帆/船整体气动力系数由基于滑移网格方法的CFD手段获得。计算结果表明:不同帆攻角下的船舶自由操控区不同,通过合理的帆/舵联合操纵,可以扩大风帆辅助推进船舶低速航行的可自由操控区,增强其在风中的抗风能力。     

单点系泊船舶非线性动力学特性的试验研究

对潮流作用下单点系泊船舶的静态分岔特性和动态分岔特性进行了试验研究.通过试验确定了船舶的平衡系泊点及其Liapunov运动稳定性.以来流速度和系缆长度为分岔控制参数,研究了船舶系泊运动的静态分岔与Hopf分岔特性.对系统的动力学行为进行了定性分类,据此在参数空间中给出了局部分岔集.它将参数平面划分为四个不同的区域,每个区域中船舶的运动模式均不相同,但同一区域内系统的动力学行为是一致的.研究表明,单点系泊船舶具有复杂的动力学响应,试验中观察到吸引子的共存与跳跃和Hopf分岔现象.局部分岔集的确定为系泊系统设计参数的选择提供了依据.     

悬浮式拦截弹拦截鱼雷概率分析

悬浮式拦截弹是水面舰艇拦截鱼雷的常用武器,首先从直航雷的相遇三角形命中目标条件出发,推导出鱼雷相对舰艇的正常提前角,从而确定鱼雷在被发现点的最大航向角范围。以此为基础,确定悬浮式拦截弹阵布放中心位置,最后得出悬浮式拦截弹拦截鱼雷概率计算公式,为如何提高拦截概率提供了理论依据。     

基于仿真方法的某型鱼雷保障性参数研究

文章在鱼雷保障方案设计论证阶段,针对典型任务剖面RMS参数特点,应用面向对象方法,从保障对象建模和系统建模两个方面对鱼雷保障性参数仿真模型进行了研究;结合离散事件仿真理论,根据系统初步设计阶段的保障性指标,仿真输出了鱼雷系统保障性参数,进而对系统保障性方案进行了总体评价,得出了较优可行解,该结果为该鱼雷开展保障性设计,实现保障性目标要求提供了参考或借鉴。     

Roll-induced bifurcation in ship maneuvering under model uncertainty

In this paper, a mathematical model is developed for the maneuvering motion of a naval ship and bifurcations of its equilibrium are identified in roll-coupled motion. The subject ship is a high-speed surface combatant with twin-propeller twin-rudder system. Captive model tests are conducted for the ship using planar motion mechanism. Maneuvering coefficients are calculated by polynomial curve fitting of the test data. Uncertainty distribution in the coefficients is assumed same as that of the curve fitting errors. Uncertainty in the model coefficients is propagated to full-scale simulation results by the stochastic response surface method (SRSM). This method is computationally efficient as compared to standard Monte Carlo simulation technique. The SRSM uses polynomial chaos expansion of orthogonal to fit any probability distribution. Bifurcation analysis of the mathematical model is performed by varying the vertical center of gravity as the bifurcation parameter. Hopf bifurcation is identified. It is found that the bifurcations occur due to the coupling of roll motion with sway, yaw motion and rudder angle. In the presence of wind, roll angle response in bifurcation diagram is discussed.     

尾流自导鱼雷二次转角射击最优参数解算研究

尾流自导鱼雷在制导机理和弹道控制上与声自导鱼雷均有变化.为了在不利态势下为潜艇指挥员决策提供依据,提高尾流自导鱼雷的命中概率,建立了小舷角态势下尾流自导鱼雷二次转角射击时的参数解算模型,分析了各发射参数对鱼雷弹道的影响,运用多目标规划方法,对不同态势下的尾流自导鱼雷二次转角射击参数进行了计算.研究结果表明,在各射击参数中,二次转角的大小对弹道的影响最大,特别是对尾流进入角的影响;在各目标运动要素中,目标舷角对射击参数的影响最大;最后给出了概略态势下的射击参数值,可作为潜艇应急攻击手动设置射击参数的参考.     

基于不同航行状态无人艇的水动力模型研究

无人艇操纵灵活,机动性强,在很多方面都有着广泛的应用。但相关研究还比较少。以往的单一水动力模型只是针对特定航行状态进行研究,对于不同的航速,单一的水动力模型已不再适用。因此随着航速不同,建立同一艘无人艇在不同航行状态下的水动力模型,并研究在此模型下无人艇的运动特性成为一个难点,也是研究真实无人艇的一个关键环节。论文在以往学者的研究成果基础上,给出了一种全新的水动力模型,并就某一真实无人艇,研究从静止到高速起滑整个过程的水动力与航速之间的开环变化关系。仿真结果表明了所给模型的有效性。     

CFD performance prediction simulation for hull-form design of sailing boats

A new simulation method is developed for the design of sailing boats. A time-accurate, finite-volume method is combined with the equations of motion, and the hydrodynamic properties of sailing boats are predicted. The hull configuration is designed by a CAD system, and a boundary-fitted grid system is generated for the finite-volume method. Six components of forces and moments are derived by integrating surface pressure and tangential stress, and input into the equations of motion. The translational or rotational motions obtained are represented by the deformation of the grid system. This is repeated in a time-marching procedure. This system is applied to the prediction of both steady and unsteady sailing performance of boats. The degree of accuracy is examined, and two examples of performance simulation are presented.     

鱼雷拖曳线列阵及其目标方位跟踪算法研究

使用拖曳线列阵可以有效提高自导鱼雷远程搜索目标的能力,而能否精确跟踪目标方位将直接影响到鱼雷的实战效果。本文首先研究了一种鱼雷用拖曳线列阵自导系统的组成原理及实现方法,然后研究了一种子空间跟踪算法,并在此基础上提出了一种自适应Root-MUSIC算法,该算法可用于对时变的信号波达方向进行实时跟踪估计。仿真计算结果验证了该算法具有很好的跟踪效果。     

基于AQWA的旁靠油轮水动力相互作用研究

船舶旁靠系统的水动力响应是一个非常复杂的工程问题,系统中每一个结构的动力响应会受到其他结构的耦合影响。针对两旁靠FPSO和LNG运输船组成的旁靠系泊系统,基于三维势流理论,应用多体水动力学软件AQWA,在考虑两船间水动力相互作用的情况下,计算两旁靠船舶所受到的波浪载荷,并与不考虑两船水动力相互作用的计算结果进行对比分析。结果表明,旁靠系泊系统水动力相互作用是不可忽略的。同时也分析了不同旁靠间距对水动力性能的影响,结果发现旁靠间距只在中高频段时对水动力性能的影响较大。研究结果可为旁靠系统系泊方案的设计和研究提供一定的参考。     

不同发射参数下潜射鱼雷初始弹道建模与仿真

为研究潜射鱼雷发射参数设定对鱼雷初始弹道的影响,建立鱼雷初始弹道数学模型,对鱼雷在纵平面的初始弹道进行了研究,利用Simulink编程进行了仿真,得出在不同发射参数设定下弹道的袋深、最大超调量和到达设定深度所需时间.仿真结果表明,鱼雷横舵管制舵角和出管速度对鱼雷初始弹道都有影响,其中鱼雷横舵管制舵角影响较大,为进一步优...