变重心潜器操控性能

由于无人遥控潜水器(Remote Operated Vehicle,ROV)航速普遍较低,舵效较差,操纵控制较为困难。通过引入变重心系统实现高性能的矢量推进,可减少潜器需要配制的推进器数量。应用Simulink仿真软件建立变重心潜器水下运动模型并进行操纵控制仿真研究,结果表明变重心潜器具有较好的矢量推进性能。     

倾转螺旋桨潜器操控研究

由于航速较低,舵效较差,使得低速潜器操纵控制比较困难,通常ROV(无人遥控潜水器)为了实现高性能的矢量推进需要配置数量较多的推进器,通过引入倾转螺旋桨可以减少总的推进器数量,利用Simulink软件建立了倾转桨潜器水下运动仿真模型并进行了操纵控制仿真研究,仿真结果显示了倾转螺旋桨优秀的矢量推进性能。     

对旋轴流式喷水推进器内部流动数值模拟与分析

在喷水推进器运行时,不考虑改变喷口直径以及转向装置,只有转速以及航速变化对喷水推进器内部流动产生影响.基于计算流体力学方法,以对旋轴流式喷水推进器为对象,并在进水流道底部加入计算所需流场控制体.使用SST湍流模型,对喷水推进器进行相同转速不同航速、相同航速不同转速下的全流道数值模拟,得到首级叶轮进口处、首次级叶轮轴向间隙、次级叶轮出口处和喷口处截面速度与压力分布,从而分析比较推进泵转速以及推进器航速对喷水推进器内部流场的影响.结果表明:航行速度对喷水推进器内部尤其是首级叶轮前后流动产生显著影响,流道内速度变化较大;首级叶轮进口处底部速度最大且对后续流动有影响;在航速不变时,速度分布基本相同,仅在数值上有所变化,单独改变转速并未对喷水推进器内部流动产生较大影响,增加转速使得推进器内部流动趋于稳定;流体流经次级叶轮后,速度与压力分布具有规律性,推进器航速及喷泵转速均不会对其产生较大影响.     

基于PID的潜器悬停控制仿真研究

潜器水下悬停是指潜器在水下无航速时深度的保持和变动.这是一个非线性过程,随潜器状态及航行环境的不同而有很大变化.传统的控制方法缺乏自适应能力从而影响了控制效果.通过对潜器水下悬停运动的基本特征、实现条件及造成悬停深度不稳定等因素进行分析,建立潜器悬停运动数学模型及干扰力计算模型.并运用PID控制技术对潜器水下悬停运动的控制进行仿真研究,为潜器实现悬停提供技术支持和保障.     

水下矢量推进器研究综述

本文结合水下潜器和水上船舶的水下矢量推进器,对具有不同矢量推进方式的螺旋桨矢量推进器和喷水矢量推进器进行分类整理和展开描述,概述部分矢量推进器的发展历史,阐明国内外各类不同方式的水下矢量推进器的工作原理及特点,最后总结了水下矢量推进器的发展趋势,对未来水下矢量推进器的设计和应用具有一定的参考价值。     

缆控布放大型负浮力潜器稳态仿真

采用集中质量法建立缆绳稳态分析模型,对不同海流、潜器负浮力和推进器推力下的缆索系统进行了仿真分析.结果表明,高海流环境下潜器的水下偏移距离可达数百米.在大深度布放时,缆绳受到的海流力远大于潜器的受力,潜器阻力优化对提高布放精度的改善有限.增大负浮力可显著减小水下偏移量,但是随着负浮力的增加,其效益递减.潜器偏移量随着推进器推力的增加线性减小,通过插值得到了回到布放点所需的推进器推力,作为推进系统的设计输入.在推动潜器回到布放点的过程中,缆绳张力变化微小,垂向距离海底高度始终在30m以上,具有较大的安全范围.     

矢量泵喷推进器水动力性能

传统水下航行器采用鳍舵装置控制航向和航速,舵的存在会降低推进器的进流品质,增强推进器的直发声,引起艇体产生结构振动。为解决该问题,设计一种全新的泵喷推进方式,在泵喷推进器的导管尾缘加装一段能调整和控制方向的尾喷管。基于STAR-CCM+软件进行数值计算,结果表明:该矢量泵喷推进器可产生较大的横向操纵力,可实现舵的操纵效果。     

水下喷水推进器工作特性分析

在充分研究固体燃料涡轮机和高速轴流泵的基础上,提出了应用于水下航行器的喷水推进系统。研究了设计工况时,航行器、轴流泵、发动机的运动学和动力学平衡关系;在定深工况下,分析喷嘴数目变化时航行器的稳定速度;以及不同喷嘴数目时,航行器的变深和变速特性。研究结果表明,喷水推进器能够实现水下航行器大航深、高航速的性能目标。研究结果对喷水推进水下航行器具有重要的参考价值。     

矢量泵喷推进器水动力性能

传统水下航行器采用鳍舵装置控制航向和航速，舵的存在降低了推进器的进流品质，增强了推进器直发声，引起艇体结构振动。为解决这一问题，设计一种全新的泵喷推进方式，在泵喷推进器的导管尾缘处加装一段能够调整和控制方向的尾喷管。基于STAR-CCM+软件进行数值计算，结果显示：此种矢量泵喷推进器可以产生较大的横向操纵力，可以实现舵的操纵效果。     

2000吨级斯特林发动机AIP潜艇方案论证研究

对采用斯特林发动机作为主动力装置的2000 t级排水量非核动力潜艇进行了方案论证研究,给出了潜艇动力装置功率、最大水下航速、经济航速、低噪声航速、水下不间断续航力、自持力等主要技战术性能指标,提出了不同的斯特林发动机动力装置方案并进行了比较。研究表明,2000 t级排水量非核动力潜艇采用斯特林发动机作为主动力装置,其主要技战术性能指标均超过现役非核动力潜艇。     

潜艇水下旋回操纵运动特性仿真研究

潜艇水下旋回运动既是潜艇一种重要的战术机动形式,也是潜艇定深直航、变深潜浮和转向机动3种最基本、最重要的运动方式之一。在对潜艇水下旋回运动特别是水下旋回对潜艇垂直面运动和横滚面运动影响进行理论分析的基础上,结合潜艇水下旋回操纵运动数学模型,编制潜艇水下旋回操纵仿真程序,分别对不同航速条件下潜艇水下旋回操纵运动进行仿真。通过理论分析和仿真研究,得出潜艇水下旋回时航速、横倾角的变化规律和艇重尾重的操纵特性,并针对潜艇水下旋回的特点提出了相应的操纵建议。     

利用计算流体力学工具设计高速水下运载器

随着比过去计算速度快得多的并行处理能力应用于流体计算数值方法的进步，计算流体力学(CFD)正被广泛地应用于流体力学、水声学和内部流动问题。近来，海军科学技术实验室正利用计算流体力学从事高速水下运载器的研究工作。主要叙述了海军科学技术实验室利用计算流体力学工具并结合模型试验设计研究水下运载器的各方面技术，这些技术的优点非常显著。流体力学的不同方面，如高速水下运载器的减阻、边界层分析和尾迹分布状态已在利用计算流体力学进行研究，其结果将与在海军科学技术实验室高速拖曳水池做的模型试验验证结果一起提出。这种分析方法将简要论述在船型、推进器和操纵面等方面的应用。     

矢量泵喷推进潜航器回转性能研究

泵喷推进器已经逐渐成为现代潜航器的首选,矢量推进器也在航空航天领域得到了广泛的应用。为了解决传统依赖船舵控制在低航速下控制效率低的问题以及提高潜航器回转性能,矢量推进器在潜航器上的应用已逐步成为国内外关注的热点。本文考虑大舵角（喷管偏角）下潜航器各参数非线性的影响,建立潜航器水平面操纵运动的非线性模型。通过仿真研究分析船-舵-推进器、船-矢量推进器和船-舵-矢量推进器三种不同的控制方法下潜航器在低航速、控制泵喷推进器转速、控制潜航器轴向航速三种不同条件下作水平面回转运动时的回转性能,结果表明矢量泵喷推进器可以有效改进潜航器的回转性能。     

基于模糊控制的潜器悬停系统

潜器水下悬停是一个非线性过程,随潜器状态及航行环境的不同而有很大变化。简要论述了潜器水下悬停的概念及对潜器的意义,研究分析了潜器水下悬停运动的数学模型及干扰力数学模型,将模糊控制技术引入潜器水下悬停控制过程中,通过仿真与传统的控制方式比较证明模糊控制具有的控制优势。     

世界无人潜器发展动态

在未来海战中无人潜器将展现出举足轻重的作用。除了避免作战设备和人员的损伤外，无人潜器还具备扩展潜艇探测和作战平台的特点，从而成为在近海危险条件下进行远程作战潜艇的倍增器。目前美国海军已经将第一代无人潜器装备到“洛杉矾”级潜艇上用作近距离水雷探测，其后的研究将以可重组任务的无人潜器为重点。与此同时，英国也在积极研究如何将无人潜器转变成为水下网络中心战的一部分，并正在开发以Marlin技术为基础的无人潜器。     

潜艇混合制航行优化设计及特性研究

混合制航行工况是现代常规潜艇的主要航行方式,其主要表征指标为混合制暴露率和平均航速。在混合制总续航距离、总续航时间以及柴电机组额定功率给定的条件下,运用序列二次规划算法,计算在不同假定航行周期下,满足蓄电池组充放电平衡要求的暴露率最低和水下航速最大的航行方式,并分析了通气管航速、暴露率以及耗电能量与电池总能量的比值随水下航速变化的关系特性。结果表明提高水下航速有利于潜艇机动性的提升,但会增加潜艇潜在危险性。所得关系曲线可为潜艇在不同航行工况下制定充电计划提供参考。     

“海长矛“反潜武器运载器

本文介绍美国“海长矛”反潜战远程武器运载器的设计和研制。“海长矛”是封装式的武器系统，可发射导弹和鱼雷，也可以发射深水炸弹。当“海长矛”导弹从水下攻占型潜艇发射时，装有导弹的运载器无控地浮至水面，出水，头盖打开，导弹与运载器分离，进入水中，寻找目标。运载器是带有夹层结构的用石墨纤维湿缠绕的圆筒，分三个组成部分：圆筒，前盖和后盖。运载器可以保护导弹免受自然环境和外界感应因素的影响，它能承受在潜艇上贮存和发射时的冲击载菏。运载器前盖上装行出水传感器。后盖与圆筒的连接设计独特，生产过程简单，成本低。     

基于CATIA二次开发的水下平台静水力计算

水下平台静力计算包含初稳性计算、潜浮稳性计算、大倾角稳性计算、重量重心统计等,传统潜艇、潜器等水下平台的静力计算具有计算过程繁琐、耗时长、效率低、数据不易更新等问题,导致设计人员大量重复性劳动。本文通过对CATIA软件进行二次开发,在水下平台三维建模基础上,编制静水力和重量重心计算程序,可直接计算、获取静水力要素并实现重量重心的自动统计,达到计算的自动化、程序化和数据的及时更新,提升设计手段,对潜艇、潜器等水下平台设计中控制浮态、稳态具有重要作用,工程应用价值较高。     

矢量推进混合型水下运载器的概念设计研究

文章介绍了一种基于矢量推进方式的新型水下运载器的概念设计,提出了使用光纤微电缆(FOMC)连接蓝牙浮标实现半无线通信并应用于水下运载器的理念,对运载器的本体设计和控制方式进行了阐述,另外还基于MATLAB对控制上位机进行了仿真。作为一种新型水下机器人,它可以通过半无线控制,轻便灵活,实现五个自由度的运动,能在半人工控制和半自主运动的模式下,实现水下悬停、定深运动并能灵活回转和爬升下潜等,成为一种兼具ROV和AUV优点的混合型水下半自主航行器。     

斯特林发动机在水下用从海水中提取的氧工作的可能性

无论从社会、商业、科学或军事的原因去探索海洋，都需要有效和费效比高的水下运载器。因此要求能用有效的方法在水下运载器上产生动力，以供长久水下运行时所需的推进和生活用电。斯特林发动机是以闭式循环工作的，早已作为水下应用的候选者，现在已在海军潜艇这样的险峻环境应用中证明了它的可靠性和可维修性。