Parzen窗估计在潜艇目标强度统计建模的应用

研究潜艇目标强度的统计特性对水中兵器的仿真和试验分析具有重要意义。本文针对直方图统计模型的精度受区间划分影响较大,提出将Parzen窗估计方法用于潜艇目标强度的统计建模,建立潜艇典型舷角下的目标强度分布模型,并对统计特性进行分析。对Benchmark潜艇模型进行仿真计算,结果表明,采用Parzen窗估计法建立的潜艇目标强度统计模型符合潜艇的物理结构特性,能够更加准确和有效地对潜艇目标强度的统计特性进行预报。     

大俯仰角时的潜艇目标强度研究

大俯仰角时的潜艇目标强度是自顶向下攻击的水中兵器所需要的重要目标特性数据,而该类目标特性数据难以测量.为此,以多亮点模型为理论基础,通过仿真方法研究了大俯仰角情况下的潜艇目标强度.从研究结果可知,在正横方位上,潜艇目标强度与俯仰角无关;在其他方位上,当照射角相同时,俯仰角越大,目标强度值也越大;当俯仰角为90°时,潜艇的目标强度与声波的照射角无关.研究结果与潜艇的物理结构特性相吻合,对水中兵器的科研与试验具有一定的参考价值.     

敷设声学覆盖层的标准潜艇低频目标强度分析

敷设声学覆盖层可以吸收入射声波并降低辐射噪声,是声隐身的常用手段。采用耦合有限元方法分析敷设声学覆盖层的标准潜艇收发合置低频目标强度,包括单壳体模型和双壳体模型。首先,建立声-壳-结构耦合有限元模型,并验证了模型的准确性。其次,分析了单壳体标准潜艇的目标强度,结果表明敷设声学覆盖层可以改变目标强度曲线的起伏特性,在某些频率点或入射角度,敷设声学覆盖层时的目标强度甚至比未敷设时更大。此外统计表明,敷设声学覆盖层可以略微降低平均目标强度。最后,分析了双壳体标准潜艇的目标强度,结果表明外壳敷设声学覆盖层可以改变目标强度曲线的起伏特性并且略微降低平均目标强度,而在此基础上再增加内壳声学覆盖层则几乎没有效果。     

有限元方法分析BeTSSi-Ⅱ标准潜艇模型低频目标强度

BeTSSi-Ⅱ标准潜艇模型具有较为完整的内部结构和接近真实潜艇的线型,因此其目标强度特性更接近真实潜艇。采用声-壳耦合有限元方法分析了收发合置BeTSSi-Ⅱ标准潜艇模型的低频目标强度,结果表明当频率大于100 Hz时,正横方向附近入射的目标强度大于其他方向入射的目标强度。进一步分析内部结构的影响,结果表明内部结构对正横方向附近入射的目标强度影响较小,而对首尾方向附近入射的目标强度影响较大。此外分析了BeTSSi-Ⅱ简化潜艇模型的目标强度,结果表明模型简化同样对正横方向入射的目标强度影响较小,而对首尾方向附近入射的目标强度影响较大。最后对比分析了BeTSSi-Ⅱ和BeTSSi-Ⅰ两种潜艇模型,结果表明两者的差异主要为内部结构的差异,如果忽略内部结构,两者的差别不大。     

潜艇外挂武器模块后的运动建模与仿真

为了对潜艇外挂武器模块后的运动性能进行研究,本文用近似估算的方法推算外挂后潜艇的水动力系数,建立六自由度运动的Matlab数学模型,并对潜艇外挂武器模块前后的5种典型运动进行对比仿真分析.仿真结果表明外挂武器模块对潜艇的运动性能有一定的影响,外挂后潜艇的操纵性降低、应舵性下降,所建立的仿真模型可基本反映潜艇外挂武器模块后的运动特性,可为下一步潜艇外挂武器模块论证奠定一定的理论基础.     

舰载拖曳线列阵声呐对潜定位技术研究及性能分析

结合舰艇拖曳线列阵声呐实际搜潜装备,利用舰载线列阵声呐测得的潜艇目标方位信息,建立了基于方位量测的舰艇对潜艇目标定位的数学模型;给出求解潜艇运动参数的定位算法,并对定位误差进行了分析.在定位模型及算法的基础上,仿真研究了潜艇与舰艇之间的初始距离、舰艇测得潜艇目标初始方位角、潜艇航向、潜艇航速、航行段总时间内方位角量测次数等因素对定位性能的影响;给出仿真结果并进行了分析.该研究结果对于指导实际反潜具有一定的实用价值.     

潜艇蓄电池建模策略分析

潜艇蓄电池是潜艇主动力系统的重要组成部分,要对潜艇主动力系统进行仿真研究,必须建立精确的蓄电池外特性模型.但蓄电池的外特性受到多个因素影响,建模十分困难.另外潜艇蓄电池的试验样本少,限制了常规建模方法的使用.本文对潜艇蓄电池的建模策略进行了详细分析,并提出利用神经网络扩展试验样本,提高了潜艇蓄电池模型的精度.     

双基地目标强度及回波时域特性研究

利用3DSMAX软件建立的标准潜艇几何模型,采用板块元法对标准潜艇的双基地回波散射特性进行计算,并通过实验验证了模型的正确性。讨论了在不同分置角下目标强度与姿态角的变化关系,利用频域间接法计算得到了单频脉冲下的目标回波。通过仿真与实验结果对比分析,验证了双基地的回波展宽计算公式。结果表明,在镜像反射的位置上。散射回波最强;回波信号的包络是不规则的,持续时间被展宽,展宽大小与姿态角和分置角有关。     

潜艇应急操纵挽回方式控制效果的仿真分析

在美国海军舰船研究与发展中心(DTNSRDC)发表的潜艇标准运动方程的基础上,根据潜艇特殊工况或大功角状态下的水动力特征对潜艇操纵运动方程进行了修正,建立了包括高压气吹除压载水舱模型的潜艇应急操纵模型.依靠建立模型对潜艇应急操纵时操纵首尾舵和高压气吹除压载水舱等挽回方式的效果进行仿真分析,通过算例对分析结果进行验证,结果表明模型仿真的准确性.最后针对挽回过程提出了控制过程中的合理化建议.     

潜艇艏端耐压舱壁构型对声目标强度的影响

潜艇艏部目标强度偏大,影响潜艇的声隐蔽性。由目标强度贡献比例曲线发现,艏端耐压舱壁是潜艇艏部目标强度的主要来源。潜艇艏端耐压舱壁主要有(椭)球面和平面2种形状,声波自艏端入射时,刚性平面的目标强度显著高于有一定曲率的刚性椭球面的目标强度。建立了一系列具有不同曲率的椭球形艏端耐压舱壁模型,基于板块元方法分析了艏端目标强度随舱壁曲率的变化关系,并对结果进行对数拟合,再利用BEM数值方法对耐压壳体艏部近场回波进行仿真,得到散射声压云图。计算结果表明:耐压壳艏端舱壁采取椭球面构形能够减弱散射声场的指向性,从而显著降低目标强度(10 d B)。曲率大于一定程度时,艏端目标强度值趋于稳定。     

潜艇潜望镜矩形平面保护窗口强度分析

针对潜艇潜望镜矩形平面保护窗口的承压能力理论计算结果与试验情况的差异,在对保护窗口安装密封结构和弹性垫压缩载荷———挠曲关系研究的基础上,提出了保护窗口新的约束条件,并进行了应力仿真,获得了较为理想的结果,提出了潜艇潜望镜矩形平面保护窗口强度分析的结论。     

耐压船体结构典型接点疲劳寿命评估

潜艇在潜浮过程中,由于静水外压引起的工作应力与焊接残余应力叠加,形成拉压循环应力,导致耐压船体的局部结构可能出现低周疲劳裂纹.一般情况下,高强度钢在抗拉强度提高的同时往往伴随着材料塑性储备和断裂韧性的下降,因此分析高强度钢潜艇结构的低周疲劳寿命非常重要.本文基于断裂力学和Paris公式建立了潜艇耐压结构低周疲劳寿命的工程估算方法,根据裂纹无损检测的概率统计和含裂纹圆柱壳极限应力分析,给出了初始裂纹和裂纹临界状态的建议值.应用本文的简化方法分析了某潜艇结构和锥柱结合壳模型的低周疲劳寿命,锥柱结合壳模型的数值算例表明本文的计算结果与试验测试结果相吻合.     

统计学在结构噪声监测中的运用

利用统计过程控制理论,从数理统计角度对舱段模型结构噪声测试数据进行分析,建立结构噪声统计学模型,确定预/报警限值,形成-套结构噪声监测方法.该方法能迅速有效地判断结构噪声是否出现异常,具有良好的工程使用价值.     

潜艇近海底运动水动力数值计算分析研究

本文以SUBOFF潜艇模型为研究对象,利用FLUENT6.1软件,数值模拟了无限水域下的变攻角水动力特性曲线,与泰勒水池的模型试验结果比较分析表明,数值模拟具有较好的精度.本文用FLUENT6.1软件进一步计算分析了SUBOFF潜艇模型带攻角、带漂角、不同近底距离直航状态下的水动力特性,结果表明:无论有无攻角和漂角存在,潜艇运动(除阻力外)的五个水动力分量随近底距离的变化与"近底距离倒数平方"呈良好的线性关系,例如,Z(H)∝1/H2,或Z′(ζ)∝ζ2,其中ζ=D/H为无量纲近底参数.     

基于搜索效能的水面舰艇编队搜潜对策研究

根据水面舰艇对潜搜索的基本特点,选取单位时间内水面舰艇编队能有效搜索的海域面积作为对潜搜索效能指标[1],建立水面舰艇编队对潜搜索效能的基本模型,并通过对模型和仿真计算结果进行分析,给出了在水面舰艇搜潜作战时应采取的策略。     

复杂载荷作用下潜艇结构疲劳裂纹扩展预报方法

统一疲劳裂纹扩展模型是课题组在McEvily模型基础上提出来的,它将疲劳裂纹扩展的3个扩展区域统一起来,并能解释更多的疲劳试验现象.本文介绍了统一疲劳裂纹扩展模型的基本表达式.将此模型与焊缝焊趾表面裂纹应力强度因子的计算方法结合起来,探讨复杂载荷作用下潜艇结构疲劳裂纹扩展预报方法.将服从Weibull分布的随机载荷系列编排为升序、降序载荷谱及随机载荷谱,预报潜艇锥柱结合壳焊缝焊趾处表面裂纹在3种载荷谱下的疲劳裂纹扩展情况,并分析随机载荷谱下载荷次序效应及初始裂纹尺寸对疲劳裂纹扩展行为的影响.结果表明,载荷次序效应对潜艇结构疲劳寿命的影响很明显,且合理的确定初始裂纹尺寸对潜艇结构的疲劳寿命预报是非常重要的.     

海底子母管线在规则波作用下的数值研究

采用三步有限元法离散N-S方程,建立了数值波浪水槽模型。数值研究了规则波作用下海底子母管结构的水动力特性。对海底子母管线所受波浪力的数值结果与物模实验结果进行比较。基于该数值模型,还考察了不同的子母管间相对缝隙G/D(0.1,0.25,0.5,0.75)对海底子母管线水动力特性的影响。分析得到了不同G/D下海底子母管线的涡脱落特性以及管线水动力系数随G/D的变化规律。结果表明,数值结果和实验结果吻合较好,该数值波浪水槽模型可用来计算波浪作用在海底子母管线上的水动力。关于不同G/D,得到了2种不同的涡脱落模式,在G/D较小(0.1,0.25)时,为"反相同步脱落"模式,在G/D较大(0.5,0.75)时,为"同相同步脱落"模式。     

潜艇大气污染物采样和样品处理技术

本文针对潜艇舱室空气中污染物的特点,介绍了潜艇舱室空气中污染物采样和样品处理常用的方法和技术,为开展潜艇大气污染物的检测提供参考依据。     

潜艇操纵水动力数值预报网格与湍流模型选取研究

针对采用计算流体力学(CFD)数值方法预报潜艇操纵水动力中,网格划分和湍流模型选择的问题。以SUBO)FF潜艇模型为对象,对不同网格分辨率的模型进行了水动力计算,对网格的收敛性进行了研究,采用五种不同湍流模型,计算得到了不同漂角下潜艇所受水动力,并和试验结果进行了比较。研究结果表明,在采用CFD数值方法预报潜艇操纵水动力时,纵向力对网格分辨率有较高要求,而侧向力和力矩对网格分辨率要求较低,在湍流模型选择上,采用标准k-ω湍流模型能够获得与试验结果更相符合的计算结果,是目前硬件条件下潜艇水动力CFD预报比较合适的一种湍流模型。     

基于CFD的潜艇阻力及流场数值计算

运用雷诺平均N-S方程,使用CFD前处理软件ICEM CFD划分流场网格,采用RNG k-ε湍流模型,实现了对裸潜体、带指挥台围壳艇体、带十字尾翼艇体、全附体潜艇4种模型的阻力及粘性流场的数值模拟。通过数值模拟,得到了潜艇表面压力分布情况和附体附近流场的一些特性,为进一步优化潜艇的艇型和分析潜艇的流噪声打下了基础。而阻力的对比在一定程度上验证了数值模拟的可靠性。