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。     

十字形和X形艉舵航行体的水动力特性对比

[目的]对于水下航行体的艉布局而言,相较十字形艉布局,X形艉布局具有不超宽、降低舵卡严重后果等优点。由于X形艉布局及其操纵较为特殊,其水动力特性与十字形不同。以SUBOFF为原型,通过数值计算对比十字形和X形艉布局航行体的操纵性水动力特性。[方法]首先,对比十字形艉布局线性水动力的数值计算与模型试验数据,确定数值计算的网格参数;其次,对全动舵面积相同的X形艉布局航行体线性水动力进行预报,并与十字形艉布局进行对比;最后,采用体积力模拟螺旋桨抽吸,对比研究两方案操纵性水动力特性的差异。[结果]结果表明:在相同全动舵面积下,相较十字形艉,X形艉布局航行体水平面静不稳定系数略小,垂直面静不稳定系数略大;受相邻两舵干扰影响,X形航行体垂直面、水平面舵力特性具有较为明显的不对称性,舵导数减小约27%;抽吸显著改变了十字形和X形艉布局航行体的水动力,舵导数增大约15%～18%。[结论]研究成果可为水下航行体操纵性设计提供一定的借鉴。     

潜艇近水面自由水表面条件下的操纵性

由深水域的潜艇运动方程导出了近水面平静水面下的潜艇变系数运动方程,在模型试验确定的不同深度的潜艇水动力系数的基础上,对潜艇近水面的稳定性和机动性能进行了数值模拟计算。结果表明,随着潜艇越接近水表面,其水平面稳定性有所提高而水平面内机动性有所下降,潜艇的垂直面稳定性有所提高。     

基于CFD的水下滑翔机水动力导数计算

水动力导数求解是进行水下滑翔机操纵性能分析的基础,为了快速预报水下滑翔机的操纵性能,开展基于CFD方法的水下滑翔机水动力导数计算研究。选用约束模型试验作为水动力导数求解方法,并给出其CFD数值模拟方法;以SUBOFF潜艇模型为例,进行约束模型试验的CFD数值仿真和水动力导数计算。计算结果表明,CFD数值模拟方法可用于水下潜器的水动力导数计算。采用CFD方法对水下滑翔机的斜航试验、纯横荡和纯首摇运动进行数值模拟,并利用最小二乘法拟合仿真数据得到水下滑翔机的水动力导数,为操纵性能分析提供支撑。     

基于刚性网格法的潜艇水动力数值计算

通过对潜艇六自由度空间运动方程进行分析,得到了直航阻力运动、垂直面变漂角运动、水平面变漂角运动的空间运动方程。利用Suboff模型,基于刚性网格法,通过设定计算域的运动形式,实现了潜艇直航阻力运动、垂直面变漂角运动、水平面变漂角运动的数值模拟,通过对计算结果进行拟合得到了线性水动力系数和非线性水动力系数,通过与相关试验结果进行对比可知,计算误差在7%左右。     

基于刚性网格法的潜艇水动力数值计算

通过对潜艇六自由度空间运动方程进行分析,得到了直航阻力运动、垂直面变漂角运动、水平面变漂角运动的空间运动方程。利用Suboff模型,基于刚性网格法,通过设定计算域的运动形式,实现了潜艇直航阻力运动、垂直面变漂角运动、水平面变漂角运动的数值模拟,通过对计算结果进行拟合得到了线性水动力系数和非线性水动力系数,通过与相关试验结果进行对比可知,计算误差在7%左右。     

评估水动力系数对潜艇操纵性影响的一种方法

基于潜艇的空间运动方程,引入了敏感性指数的概念,选取水平面z型操舵机动、垂直面梯形操舵机动和水平面定常回转运动三种典型运动形式作为研究对象,就水动力系数对操纵性影响进行了评估,并通过对某型潜艇的仿真计算,验证了该评估方法的可行性.     

水下滑翔机垂直面动力学分析与仿真

水下滑翔机是一种依靠水动力和净浮力驱动的无外挂推进系统,具有能耗小、作业时间长的优点,主要应用于大范围、长时间、大尺度的海洋观测。本文针对在研的水下滑翔机原理样机,介绍基于CFX水动力计算软件的水动力计算方法,并采用最小二乘法辨识了滑翔机在垂直面作稳定滑翔运动时的水动力参数;分析水下滑翔机垂直面稳态运动时系统状态与控制量之间关系,并基于LQR控制方法设计水下滑翔机在垂直面作稳态滑翔运动时在不同俯仰角下的切换控制策略,仿真表明了这种控制方法的有效性。     

圆碟形上浮结构水平运动稳定性仿真分析

以圆碟形上浮结构为研究对象，介绍其水动力性能研究现状，并使用计算流体力学方法分析圆碟形结构的水平方向阻力性能，进而对比2种不同主动推力模拟方法下的圆碟形结构的水平运动稳定性。同时，针对复杂海洋环境中该结构受复杂海流冲击可能造成的倾覆，进行了海流影响下的模拟分析，结果表明，圆碟形水下上浮结构具有较低的阻力，在受主动推力及海流影响下能保持良好的运动稳定性，这为预报圆碟形结构水动力性能和运动情况提供了参考。     

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。     

船舶舱室置换通风系统的数值模拟和优化

船上有些空间大、人员集中、船体结构复杂的舱室,传统送风方式难以满足需求,给空气环境设计带来很大挑战。文章采用计算流体力学方法研究置换通风系统在船舶舱室中的应用,通过建立物理和数值计算模型,在设计初始阶段对其进行气流组织、热舒适性等方面的模拟分析和优化应用研究;针对某实船舱室的置换通风系统原始方案和优化方案进行对比分析,结果表明置换通风系统具有流动分层和垂直温度梯度的特点。相比原始方案,优化方案使舱室内温度、风速和热舒适性指标等得到优化,有效降低了吹风感,保证人体周围的空气品质,热舒适性指标也符合标准要求。对船舶置换通风系统的应用研究具有借鉴意义。     

FPSO火气与应急切断系统工艺研究

为有效提高FPSO的可靠性与安全性,针对火气与应急切断系统常规设计的不足,采用模块化的设计思路,结合区域火气切断需求,提出一种改进的火气探测与应急系统工艺方案,实现事故工况下应急系统切断以保护平台人员和工程设施的安全,将事故损失限制到最小。该方案以危险点源的位置重要性为依据,通过研究应急系统关停策略,优化不同等级关停开关的作用范围,在确保人员及平台安全的前提下,减少关停设备,提高平台产量,增强应急系统在处理突发事故时的有效性和成功率,实现降本增效。     

基于l1范数稀疏解的水下双层圆柱壳振动声辐射预报影响因素研究

基于模态叠加法理论,采用l1范数稀疏解方法,实现了水下双层圆柱壳由内壳有限测点振速值重构得到内、外壳振速空间分布,进而基于边界元理论对结构水下辐射声场进行预报。通过数值计算,分析了模态数目、测点数目和模态振型误差等因素对振动声辐射预报结果的影响,为指导速度场重构时模态数目、测点数目的选取提供了一定的理论依据;结果表明基于l1范数稀疏解声学预报方法对模态振型误差有一定的鲁棒性。最后开展了水下典型双层圆柱壳结构振动声辐射预报的试验研究,可为工程领域结构的声振预报提供一定的指导思路。     

自主水下航行器发展概述

自主水下航行器（AUVs）因其应用于海洋勘探而逐渐成为一个有趣的研究对象。波浪滑翔机是一种行驶于波浪表面的无人滑行器（SUV）,它借助海洋能来推动自己,这对于典型的AUVs所采用的电机供能以及昂贵的锚链系统浮标供
　　能来说,是一种技术上的重大跨越。该文讨论了最有效率的AUVs类型。第一部分为每一种类型的发展历程,第二部分为它们各自的技术特点。此外,波浪滑翔机作为应用于海洋部门的一种新型水下机器人,文中简要地给出它的过去,现在以及未来的发展概述。研究波浪滑翔机的意义在于证明它的效率以及实用性,进而取代诸多的AUVs来实现各种实际应用。而研究结果也表明波浪滑翔机确实可以应用于众多领域。对于海洋检测而言,相比于其他AUVs,波浪滑翔机提供了更廉价,更经济,更环保的作业模式,同时也不需要缆绳、船舶等海上作业服务。     

大型半潜船压载水处理系统解决方案

随着压载水管理公约的生效,大型半潜船压载水处理的需求日渐紧迫。文章介绍了大型半潜船压载水系统的特点以及大型半潜船压载水处理面临的困难与解决方法,通过对大型半潜船压载水处理系统的典型案例比较,分析并得出循环法和重力法是解决大型半潜船压载水处理问题合理可行方案的结论,为大型半潜船压载水处理系统解决方案提供借鉴。     

S^2 BHCA Multiple AUVs cooperation oriented control architecture

Oceanographic survey, or other similar applications should be the applications of multiple AUVs. In this paper, the skill ＆ simulation based hybrid control architecture （S^2BHCA） as the controller＇s design reference was proposed. It is a multi-robot cooperation oriented intelligent control architecture based on hybrid ideas. The S^2BHCA attempts to incorporate the virtues of the reactive controller and of the deliberative controller by introducing the concept of the ＂skill＂. The additional online task simulation ability for cooperation is supported, too. As an application, a multiple AUV control system was developed with three ＂skills＂ for the MCM mission including two different cooperative tasks. The simulation and the sea trials show that simple task expression, fast reaction and better cooperation support can be achieved by realizing the AUV controller based on the S^2BHCA.     

水下无人作战系统装备现状及发展趋势

海军水下无人作战系统因其造价低廉、隐蔽性强、避免人员伤亡等诸多优点而得到大力发展,美国等国已制定各类水下无人作战系统发展规划并开发出便携型、轻型、重型和巨型等多种水下无人作战系统,并向着提高智能化、模块化和标准化程度、拓展多平台搭载使用能力等方向发展。为了应对威胁,我国也应从顶层规划水下无人作战体系发展路线,开发多样化的水下无人作战系统。     

浮力材料在ROV上的应用

浮力材料是ROV必不可少的基础材料之一,文章系统地简述了浮力材料在ROV上的重要作用、及其国内外发展现状、结构组成及维保程序等内容,为我国水下机器人浮力材料研究及维保提供参考.     

Estimation of the hydrodynamic coefficients of the complex-shaped autonomous underwater vehicle TUNA-SAND

Hydrodynamic coefficients strongly affect the dynamic performance of autonomous underwater vehicles (AUVs). Thus it is important to have the true values of the coefficients in order to simulate the AUV’s dynamic performance accurately. Although these coefficients can be predicted by many methods, most are only applicable for AUVs with streamlined shapes. Computational fluid dynamics (CFD) can be applied to estimate the hydrodynamic coefficients of AUVs with complex shapes. In this study, CFD was applied to estimate the hydrodynamic coefficients of the AUV TUNA-SAND (which stands for terrain-based underwater navigable AUV for seafloor and natural resources development), which has a complex block-like structure. First, the validity of the CFD simulation was verified by comparison with experimental results. Second, the relationships between hydrodynamic loads and motions for all six degrees of freedom were analyzed using the simulated results. Third, the importance of each hydrodynamic coefficient was investigated based on these relationships. There are 16 key damping coefficients that relate to viscosity and 12 key inertial coefficients that relate to the potential flow around TUNA-SAND. Finally, the values of all the key coefficients were obtained and verified by comparing the solutions of the simulated dynamics with the experimental results.     

船用夹层板系统水下防护性能数值仿真分析

夹层板系统(SPS)具有优越的力学性能,可应用于船舶防护结构设计中,提高其防护性能。文章基于非线性有限元软件ABAQUS,分析了SPS在水下爆炸冲击载荷下的结构损伤变形模式、吸能、速度、加速度响应等力学行为,并与传统船体加筋板架结构的防护性能进行对比分析;然后系统研究了不同冲击波工况下SPS的防护性能,并讨论了SPS结构参数对其防护性能的影响。研究结构表明,SPS对冲击波载荷具有较好缓冲及卸载效果;随着冲击因子的增大,SPS上下面板中心单元的应力和应变以及结构吸能都在相应增大,其中心点位移、速度和加速度也呈现出近似线性增长趋势;SPS存在最优结构匹配问题,需要进一步开展结构尺寸优化。