水下碰撞对耐压壳体极限承载能力的影响

极限承载能力是考察深海装备耐压壳体结构稳定性的重要标志。具有自航能力的深海装备在水下作业时,存在着水下碰撞的可能性。这种在高应力状态下的冲击作用会对耐压壳体的极限承载能力产生很大的影响。本文基于有限元软件建立2种常见耐压壳体水下碰撞的仿真模型,计算碰撞前后耐压壳体的失稳临界载荷,重点讨论了碰撞速度对结构塑性变形和剩余强度因子的影响,所得结果可以为水下碰撞失效模式判断和深海装备自航安全性保证提供借鉴。     

可移式水下储供油装置水力特性研究

可移动式水下储供油装置是一种全新的海上储供油设备,具有加油、运油、储油、供油、可机动转移等多重功能,适合平战结合,充分发挥作用。本文建立了基于RNGk-ε湍流模式的水下储供油装置水力特性CFD理论模型,并以非平衡壁面函数法耦合壁面条件,通过FVM求解理论模型。计算中压力和速度的耦合采用SIMPLE算法,并对压力方程采用PRESTO!格式求解。计算结果和实验结果的对比表明,所建立的理论模型在计算水下航行器的水力特性时有良好的精度。本文对9 m×20 m×60 m典型结构外形的水下储供油装置主体系统的CFD计算为系统外形的选取、总阻力的确定、拖航系统的配置等工作提供了直接的依据。     

基于摆动喷管的水下航行体推力矢量控制流场特性仿真研究

本文针对航行体水下喷管摆动推力矢量控制动态过程,建立了流体动力与弹道耦合数值仿真计算模型,采用CFD手段分析了航行体水下运动过程中喷管尾部喷流流场与尾空泡相互作用流场的发展演化过程,获得了航行体摆动喷管推力矢量控制下非定常流场动态特性,为航行体水下运动控制方式的深入论证及应用提供了研究方法和手段支撑。     

对转桨推进的高速水下航行体实尺度自航计算与分析

[目的]为了实现对转桨(CRP)推进的高速水下航行体自航因子的数值预报,[方法]建立实尺度航行体阻力、自航及对转桨敞水的RANS模拟方法,进行阻力和敞水计算精度验证,分别采用准定常和非定常方法进行自航模拟,并对自航因子进行分析和比较。[结果]模型尺度的计算与试验比较表明,航行体阻力计算误差小于3%,对转桨推力、扭矩计算误差分别小于2%和4%;实尺度阻力计算结果与基于模型试验的预报结果相差约3%;实尺度自航计算得到的自航因子值均在合理范围;自航因子的准定常与非定常计算结果之差小于2%,说明准定常方法适合于工程应用。[结论]研究方法可为对转桨设计提供较准确的输入数据,可为提高设计精度、缩短设计周期提供技术支撑。     

不同模式下拖缆对水下拖体运动姿态的影响研究

水下拖曳体依据其工作模式的不同,可以分为两种:一种是自身没有驱动力,由拖船或是潜艇带动进行拖曳;另一种是拖曳体自身具有驱动力使其自由航行,可看作AUV。在水下拖曳体工作的过程中,与其相连的拖缆在拖体不同的工作模式下会有不同的响应,而拖缆的这种响应又会对与其相连的拖体造成影响。为研究拖缆对水下拖体的影响,结合某拖曳系统的具体参数,运用大型动态仿真软件OrcaFlex建立了潜艇水下360°回转过程中拖曳系统的动力学仿真模型和拖体自航模式下的动力学仿真模型。通过改变水动力系数、拖速、拖缆参数及回转半径等,探究了不同参数对水下拖体的影响,得到了一些比较有价值的结论,可对具体工程有一定的指导作用。     

水下拖体和拖缆运动模型研究探讨

水下拖体运动研究是水下拖曳系统研制的重要内容。文章结合工程实际,基于Newton-Euler方法建立了水下拖体的运动模型,基于有限差分法建立了拖缆的运动模型,在此基础上结合拖缆运动的边界条件建立了系统的运动模型,并给出了相应的仿真算例。从仿真结果可以看出,通过该运动模型,可以很好地研究水下拖体受拖船干扰下的运动情况。该模型的建立对水下拖曳系统的研制来说有重大的参考价值。     

舰艇结构水下振动和声辐射特性研究

以舰艇结构振动与噪声预报为研究背景,采用有限元和边界元相结合的方法研究水下航行器的振动和声辐射特性,提出对流固耦合界面、流场边界的处理方法,并采用模态试验对理论计算模型进行修正;通过对实验及计算结果的分析,探索了流体、圆柱形壳体、动力装置和隔振器组成的流固耦合体的动力学特性,为舰艇结构声学设计提供了参考.     

水下拖曳系统水动力特性的计算流体力学分析

提出了一种新型的水下拖曳系统三维水动力数学模型。在该模型中拖曳缆绳的控制方程由Ablow andSchechter模型给出,Gertler and Hargen的水下运载体六自由度运动方程被用来描述拖曳体的水动力状态。通过对拖曳缆绳和拖曳体的控制方程在连接点处进行边界条件耦合,从而构成整个拖曳系统的水动力数学模型。在研究中,拖曳系统的水动力数学模型通过时间与空间的中心差分方程来逼近,每一时刻拖曳体所受的水动力通过求解Navier-Stokes方程得到。所提出的模型特别适用于拖曳体为非回转体、非流线型的主体,或必须考虑拖曳体各组成部分的水动力相互影响的情况。计算结果与相应的实验室样机试验结果的比较表明,所提出的模型可以有效地预报拖曳系统的水动力特性。利用所提出的水动力模型,对华南理工大学提出的自主稳定可控制水下拖曳体在实际海况下的数值模拟结果显示,所分析的拖曳体具有良好的运动与姿态稳定性,是一种值得开发研究的新型水下拖曳体。     

水下运动体系统仿真模型验证软件设计与实现

为有效而充分地应用模型验证方法进行水下运动体仿真试验和实航试验的对比分析，首次完成了水下运动体模型验证软件的设计和编制工作，该软件系统由数据库和方法库组成，利用开发数据库互连（ODBC）技术实现了方法库与仿真工程数据库的连接。应用实例表明，该软件系统对验证仿真模型的研究具有应用价值。     

电磁感应式水下松耦合变压器的设计与仿真

水下自治机器人的电能传输是深海资源勘探中必须解决的问题。如今大部分水下机器人采用接触式电能传输方法,然而其系统的复杂密封结构使其接口会出现严重磨损并存在漏电隐患。与接触式方法相比,非接触式电能传输技术^([1])(CLPT)方法避免了电击、漏电等危险,而且不需要复杂的密封工艺。首先,建立无线电能传输系统的互感和励磁模型,然后分析其系统传输特性,建立水下CLPT模型,利用ANSOFT仿真软件,得到自感、互感及耦合系数,通过对耦合器性能参数、漏磁屏蔽等进行有限元分析,实现电磁耦合器结构[2]的优化设计。进一步仿真耦合系数与气隙、输出电压和传输效率随负载的变化规律。仿真结果表明,优化后的电磁耦合器具有良好的耦合特性,能够充分发挥无线电能传输系统的优势,通过安全高效的传输方式地为水下机器人提供足够的电能。     

卡尔曼滤波在水下载体被动弹道跟踪系统中的应用

由于水声环境和信道的复杂性及水下航行载体的高速机动性,被动弹道跟踪系统测量的弹道样点野值较多,平滑性差.要对弹道进行较准确的实时跟踪,需要对弹道测量样点进行统计平滑处理.为了提高被动跟踪系统的定位精度和对机动目标的跟踪适应能力,采用卡尔曼滤波算法对弹道进行处理是常用的做法.介绍一种经过实用且效果较好的卡尔曼滤波算法,阐述了卡尔曼滤波算法原理和系统采用的信号模型及算法实现,并通过水下目标实航试验监测弹道及算法滤波处理结果的比较,说明该算法具有良好特性.     

船用螺旋桨负载特性数字仿真

选取切比雪夫多项式来拟合四象限螺旋桨特性图谱,根据船桨的运动特性建立船桨数学模型,以某电力推进船舶参数为依据,利用Saber与Matlab/Simulink软件各自的特点,对两者进行协同仿真。解决了协同仿真的接口问题,并分析船桨的稳态和动态过程,在船舶的操纵方法上给出了建议。     

弹道修正弹系统可靠性分析

在对弹道修正弹系统可靠性进行定义的基础上,建立该系统的可靠性框图和可靠性数学模型,提出了弹道修正弹系统可靠度的计算方法,同时介绍了可靠度分配在弹道修正弹系统中的应用问题。研究结论为弹道修正弹系统设计提供参考,也为弹道修正弹系统效能评估提供依据。     

自航模运行轨迹自动跟踪系统研究

通过对自航模运行特点的研究,研制出一套利用伺服系统驱动的单台摄像机自动跟踪系统,主要由水平旋转伺服系统、垂直旋转伺服系统和安装在伺服系统之上的工业相机组成。系统对图像进行采集和处理,并与伺服系统形成闭环。当船模成像到达图像正中心后,采集当前水平与垂直伺服系统的角度,计算当前船模坐标,并与上一坐标点进行关联,绘制运行路径。通过实际测试,该系统运行稳定,轨迹定位精度满足工程要求。     

舰载火箭弹弹道重构与模型验证

为了验证火箭弹系统六自由度仿真模型的可信性,建立用于弹道重构的系统状态模型和基于GPS观测数据的量测模型,运用无迹卡尔曼滤波(UKF)算法和TIC不等式系数法,探讨仿真模型静、动态性能的验证方法。以某型舰载火箭弹系统为研究对象,通过重构火箭弹飞行状态的误差参数,对其仿真模型进行定量验证。仿真结果表明,利用弹道重构方法对六自由度弹道仿真模型进行验证是有效的。     

推算船位／罗兰C（GPS）组合导航系统的研究及其海上试验

该文研究了推算船位／罗兰Ｃ（ＧＰＳ）组合导航系统的组合模式和推广的非线性卡尔曼滤波算法在该组合模式中的应用，详细推导了舰船运动的七状态数学模型及其机械编排。该文还给出了该组合系统在南海进行试验时的舰船轨迹及定位误差曲线，并进行了比较分析。结果表明：组合系统克服了推位系统的积累误差，抑制了罗兰Ｃ（ＧＰＳ）的随机定位误差，有效地改善了导航定位精度，滤波方案正确，算法稳定。该组合系统已成功地装备于多种型号的舰船上。     

舰艇摇摆对鱼雷初期弹道影响的研究

阐述了鱼雷初期弹道的概念,重点研究了在水面舰艇摇摆情况下利用动量定理和动量矩定理建立鱼雷初期弹道数学模型。用Runge—Kutta法对鱼雷初期弹道进行仿真,并根据仿真结果分析了舰艇摇摆对鱼雷初期弹道的影响。     

潜艇鱼雷发射初期弹道研究

阐述了鱼雷初期弹道的概念,重点研究利用动量定理和动量矩定理建立潜艇发射鱼雷初期弹道的数学模型。用Runge-Kutta法对鱼雷初期弹道进行仿真,并根据仿真结果分析了各种因素对鱼雷初期弹道的影响,从而得出发射鱼雷时各参数的最优值。     

基于混合遗传算法的无人船自动航向控制方法

针对无人船航向控制提出了基于模糊及遗传算法的控制策略。考虑无人船航向控制及其具有的强非线性和不确定性,文章将基于智能策略和常规策略的无人船航向舵角控制作为主要控制框架。通过导引律计算期望的角度,并根据自主船的无人船航向控制动态模型进行分析。该模型考虑了舵和船舶推进系统的物理阈值,提出了一种适用于不同无人船航向控制的自适应控制算法,借助增益调度方法(GS),利用PID控制器和遗传算法(GA)对不同的操作点进行全流程的混合遗传算法(GS-PID-GA)优化。通过将真实数据比例缩小进行模型试验,并与传统控制方法进行比较,验证了所提控制方法的有效性。     

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...