水动力系数敏感性分析在潜艇水平面运动模型简化中的应用研究

水动力系数敏感性分析是一种评估水动力系数对潜艇操纵运动影响程度的方法。本文根据水动力系数敏感性分析方法,计算某模型艇水平面回转运动战术回转直径的水动力系数敏感性指数,评估各水动力系数对战术回转直径的影响程度。并将敏感性指数作为水平面运动模型的简化依据。本文的研究为潜艇运动模型的简化提供了理论支持。也对潜艇操纵性设计和研究提供指导。     

船舶水动力系数敏感性研究

船舶作为最为常见的一种水上交通工具,它的性能与航行安全性密切相关。而操纵性是反映船舶性能的关键指标,确保船舶具有良好的操纵性能够为航行安全提供可靠保障。在船舶操纵性参数的考察中,可以对船舶的水动力系数敏感性进行分析,由此能够进一步简化船舶操纵运动模型的构建过程。通过对水动力系数敏感性指数的全面分析,能够合理确定出水动力系数对操纵性所产生的影响,包括具体的程度和范围。结论证实,采用水动力系数敏感性指数分析的方法,能够为船舶操纵性的提升提供依据。     

潜艇舱室进水应急起浮时的机动性研究

为了探索潜艇应急起浮时的运动规律,在建立潜艇应急挽回操纵运动模型基础上,结合潜艇大攻角操纵性拘束船模水动力试验获得不同攻角状态下的水动力系数。引入敏感性指数概念,对敏感性指数高的水动力系数进行回归拟合时分为小攻角水动力系数和大攻角水动力系数两段进行描述,对潜艇不同事故应急起浮机动性进行仿真,得到潜艇应急起浮运动参数变化规律。结果表明,文中计算方法能够正确预报潜艇应急起浮的运动规律。     

潜艇操纵面几何参数敏感性计算研究

以潜艇垂直面操纵运动线性运动方程为基础,以反映潜艇垂直面操纵性特征的典型技术指标为评价体系,提出了潜艇操纵面几何参数敏感性概念,采用敏感性指数作为评估操纵面参数对潜艇垂直面操纵性影响的指标.在主艇体参数固定条件下,为潜艇设计了系列参数的首尾操纵面,采用Bohlman的水动力估算方法,估算了该艇的线性水动力系数.在水动力估算和敏感性概念的基础上,开展了大量的敏感性计算,分析计算结果得到了潜艇首尾操纵面几何参数不影响潜艇逆速,尾操纵面对首舵升速率有很强影响等结论.     

水面船舶操纵性敏感性分析

以两种水面船舶为研究对象,采用三自由度的常系数船舶操纵运动方程为数学模型,通过计算机仿真来考察水动力系数、舵的整流系数以及螺旋桨伴流系数对船舶操纵性的影响。结果用敏感性指数表示,仿真Z形操舵试验和船舶回转试验进行敏感性分析。分析表明,在船舶回转试验中,对船舶操纵性的回转性能影响较大的是线性水动力系数及舵整流系数;在Z形操舵试验中,线性水动力系数、舵整流系数、螺旋桨伴流系数、非线性水动力系数Nr′|r|以及附加质量(附加惯性矩)my、JZZ对超越角影响较大,其它系数依船型不同对超越角影响不同。从数据对比上看,这两种船的系数对超越角的影响普遍大于对回转直径的影响。不同船型的系数对超越角的影响相差很大。     

潜器线性水动力系数计算方法研究

采用流体动力计算软件FLUENT,应用标准k-e湍流模型、标准壁面函数法及动网格技术,计算了椭球体和潜器在纯升沉运动和纯俯仰运动中的水动力.通过傅立叶变换和线性假定条件,得到潜器惯性水动力系数和粘性水动力系数.椭球体附加质蹙的计算值与理论值吻合.计算结果表明.纯升沉运动和纯俯仰运动的水动力与运动无因次频率呈现较好的线性关系,间接验证了所提出的计算方法适用于复杂外形潜器的水动力系数计算.     

基于支持向量机的水下机器人操纵运动参数辨识

根据平面运动机构试验所得到的水动力系数确定水下运载器的运动方程,应用最小二乘支持向量机对水下运载器的试验数据进行分析,辨识得到了水动力系数,并将辨识得到的参数同平面运动机构试验所确定的参数相比,验证了最小二乘支持向量机进行水下运载器操纵运动参数辨识的有效性。根据所辨识的水动力系数进行了模型验证,证明所辨识得到的水动力参数是可靠的。该方法对水下运载器的操纵和控制的研究有重要意义。     

鱼雷形水下机器人水动力试验研究

水下机器人的水动力参数是建立其空间运动数学模型的重要基础,文章对某鱼雷外形的水下机器人,在循环水槽进行了模型水动力试验,得到水下机器人阻力曲线、绘制出了水平斜航和垂直斜航受力随攻角和漂角变化的曲线并将其回归成与漂角或攻角相关的表达式,得到了与操纵性能相关的主要水动力系数,在此基础上对水下机器人的运动稳定性进行了分析,研究结果表明水下机器人能够满足运动稳定性的要求,同时试验得到的水动力参数为水下机器人的操纵性分析及运动控制提供依据.     

海底沙波对潜器水动力性能的影响

[目的]研究潜器在海底沙波地形干扰下的水动力特性。[方法]基于计算流体力学（CFD）方法,使用STAR-CCM+软件并结合重叠网格方法对潜器经过海底沙波的过程进行模拟,计算潜器阻力系数和升力系数在此过程中的变化。[结果]结果表明,当潜器近海底航行时,沙波地形会对潜器产生一定的干扰,当艏部运动至波峰附近时,负升力出现最大值,当艉部运动至波峰附近时,阻力出现最大值;在不同航速下,潜器表面压力分布规律的不同会导致升力系数的变化规律不同;随着近海底距离的减小,海底沙波对潜器阻力和升力变化影响显著,当H/D> 5时,海底沙波对潜器阻力和升力的影响可以忽略。[结论]所做研究可为潜器的安全及操纵性能提供一定的参考。     

小水线面双体船操纵性数值预报方法研究

文章基于粘性流体理论,采用CFD技术,通过对双体船变漂角旋臂运动的模拟,得到代表小水线面双体船舶操纵性能的水动力导数。利用MMG模型,对小水线面双体船的操纵性能进行初步预报。根据变漂角旋臂运动的数值模拟,既可从中得到仅仅与漂角和角速度有关的水动力导数,也可获得包括高阶导数和耦合导数在内的操纵性运动水动力导数。文章在保留三阶水动力导数的情况下,将代入高阶耦合水动力导数的操纵运动方程所绘制的回转圈与不代入高阶耦合水动力导数的回转圈进行对比,体现了高阶耦合水动力导数对于小水线面双体船操纵性预报的重要性,并以某双体船型为例,对其操纵性能进行预报。     

Influence of seabed sand wave on hydrodynamic performance of submersible北大核心CSCD

[目的]研究潜器在海底沙波地形干扰下的水动力特性。[方法]基于计算流体力学(CFD)方法,使用STAR-CCM+软件并结合重叠网格方法对潜器经过海底沙波的过程进行模拟,计算潜器阻力系数和升力系数在此过程中的变化。[结果]结果表明,当潜器近海底航行时,沙波地形会对潜器产生一定的干扰,当艏部运动至波峰附近时,负升力出现最大值,当艉部运动至波峰附近时,阻力出现最大值;在不同航速下,潜器表面压力分布规律的不同会导致升力系数的变化规律不同;随着近海底距离的减小,海底沙波对潜器阻力和升力变化影响显著,当H/D>5时,海底沙波对潜器阻力和升力的影响可以忽略。[结论]所做研究可为潜器的安全及操纵性能提供一定的参考。     

基于MOGA的潜器快速性和操纵性综合优化研究

基于Pareto解的多目标优化方法NSGA-II应用至潜器的快速性与操纵性综合优化设计之中。通过回转体潜器阻力性能的数值计算结果建立了阻力的近似计算模型,并与系列模型试验结果进行了比较;通过估算潜器的水动力系数,根据水平面线性运动方程得出水平面操纵运动稳定性和机动性的衡准指标。优化后,得到了阻力与回转直径的Pareto最优解的散点图,设计者可针对不同需求的潜器,从中进行选择,保证了Pareto最优解对应的每一艇型设计方案在满足操纵性要求下阻力最小,或在该阻力值的条件下操纵性最优。     

破损船操纵运动水动力及舱室流场的数值研究

目前,对破损船操纵水动力研究很少。为计算破损船操纵水动力及其破舱室粘性流场特征,本文基于RANS方程,选取SST k-ω湍流模式,对某新型油船破舱进水后的斜航操纵运动进行数值模拟。计算出破损船在不同斜航角时的总阻力、横向压力、转首力矩的系数,探究其操纵水动力变化情况。模拟破舱室内的流场情况,分析破舱室水的运动特点。最后将破损船数值结果与试验结果进行比较,研究表明计算模型可行,能较好地计算破损船操纵水动力及其流场情况。该研究成果可为今后破舱操纵性规范的制定和船舶优化设计提供理论参考。     

潜艇舵卡和舱室进水情况下的安全性研究

在潜艇空间运动方程基础上,结合潜艇大功角操纵性水动力试验,考虑了大功角状态下的水动力系数项对潜艇状态的影响,建立了完整的潜艇应急挽回操纵模型和高压气吹除压载水舱模型。模拟了目标潜艇艉升降舵卡和潜艇不同部位破损进水典型事故,确定了不同事故情况和不同挽回方式下的深度和速度限制安全操纵运动图,并讨论了最佳操纵方案和限制线上潜艇状态特性。仿真结果表明,数值模拟能够较好的预报潜艇舵卡和进水情况下的性能,以及潜艇能成功挽回浮出水面的能力。     

潜艇垂直面分离型数学模型及其干扰因子分析

潜艇垂直面分离型操纵运动数学模型是以艇体(H)、螺旋桨(P)、艉附体(R)和围壳舵(B)各自单独的水动力性能为基础,再加上H、P、R、B相互之间的流体动力干扰组成.该模型便于处理实艇和模型的相互关系(如模型舵失速问题的修正等),也有利于了解艇体、螺旋桨和附体对水动力的贡献,同时还便于积累资料和迅速估计设计方案的局部修改带来的潜艇操纵性能的变化,对于工程设计、计算有其独特的优势.潜艇垂直面分离型操纵运动数学的建立关键在于确定干扰系数,模型干扰系数可分为三类,第一类是艇体对附体的干扰系数:γB、ιB、γR、和ιR;第二类干扰系数为附体对艇体水动力的干扰:tB、aB、tR和aR;第三类为螺旋桨对水动力影响κ.文中介绍了干扰系数的确定方法,以及模型与实艇干扰系数换算关系.     

基于等效动稳定性系数的潜艇运动控制方法

对由线性运动方程和Routh-Hurwitz判别法导得的操舵比例函数求解,获得潜艇运动控制新方法,将控制增稳所需的修正舵角与原舵角组合成新指令舵角,可改善潜艇的航行品质。以具有十字舵的某型潜艇为对象求解6自由度运动方程,其中典型的潜艇水下定深回转工况仿真模拟表明：操舵比例系数与水动力导数和等效动稳定系数有关,控制增稳效果受到运动特征量和潜艇操舵角度等因素的影响。潜艇运动控制新方法改善了潜艇航行过程中的运动响应,提高了那些由于自动稳定性不足而难以操控的潜艇的控制稳定性。潜艇运动控制新方法为未来潜艇通过减小操纵面来优化自身综合水动力性能提供了新的技术途径。     

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。     

基于损失函数法的船舶操纵水动力导数灵敏度分析

船舶操纵水动力导数的灵敏度分析是简化和重建船舶操纵运动数学模型的主要手段。本文使用平方损失函数方法对船舶操纵水动力导数进行灵敏度分析,并基于灵敏度分析结果对Mariner船的操纵运动数学模型进行简化。通过基于简化模型和原始数学模型的操纵运动仿真对比,验证了基于损失函数法的船舶操纵水动力导数灵敏度分析方法的有效性。     

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。     

水下潜器运动控制与仿真研究

水下潜器是一种非常重要的海洋开发装置,具有强耦合、非线性等特点。主要讨论水下无人潜器的自主定深和定位控制技术。文中根据潜器的6自由度运动方程,在充分考虑了水动力因素的基础上,使用Quasi-Lagrange方程建立潜器的数学模型,并将其分解为一系列相互关联的子系统。采用滑模控制方法用于潜器的定深控制,并对其他方向运动进行定位控制。滑模因控制算法简单、鲁棒性好、可靠性高,并且不需要系统整体模型,被广泛应用于运动控制和非线性系统的控制中。通过计算机仿真,验证了该控制算法对水下潜器的运动控制效果良好、准确。