强机动超空泡水下航行器空间运动控制面布局(英文)

针对超空泡航行器航向舵后置布局在强机动航行时舵效不足的问题,建立了一种全新的兼顾直航与机动运动的控制面布局模式,首次提出了非对称分布艏舵的超空泡航行器控制面总体方案,采用双自由度空化器作为控制面,水平偏转控制航向,上下偏转控制俯仰和深度,且在空化器下部复合抗横滚鳍片。针对某超空泡水下航行器进行了系统动态特性仿真分析,横滚剩余力矩约从0.1s衰减至0,极限横滚角小于0.1°。分析结果表明:以空化器作为艏部航行舵替代常规布局的尾部航向舵,可以显著提高舵效。     

超空泡航行器舵效的水洞试验研究

为了获得超空泡航行器可控弹道与总体设计输入条件,对通气超空泡的生成和尾翼舵角的力学特性进行了缩比模型试验.通过改变通气量和尾翼舵角,对模型超空泡的形态和力学特性进行了深入分析,获得了尾翼舵角对升力的影响规律及尾翼舵效随攻角和通气量变化的规律,并探讨了由于空泡尾部重力效应引起的上漂现象的补偿方法.试验结果表明:在沾湿条件下,水下超空泡航行器尾翼舵面升力线斜率可取正值常数进行全域投影,这与同样条件下常规水下航行器相同;完成超空化后,当攻角为0.4°时,主体空泡耦合升力损失将导致舵效减小,且舵效对通气量的改变不敏感;当攻角大于1.2°后,舵效特性逐步恢复,此时主体空泡已经脱离翼面,舵面处于沾湿状态.     

水下超高速航行体非线性鲁棒控制器设计

水下航行体在高速运动时,其表面大部分被空泡包裹.航行体尾部与空泡壁的相互作用力的存在使航行体模型具有较强的非线性.文中将基于反馈线性化的非线性鲁棒控制策略应用于水下超高速航行体纵向运动控制.反馈线性化可以实现航行体动力学模型的非线性解耦,得到系统精确线性化模型.针对线性化模型设计系统鲁棒控制器,解决由于模型不准确、参数摄动等引起的鲁棒性问题,仿真结果表明,所设计的鲁棒控制器是有效的.     

潜艇空间机动的多变量滑模模糊控制

由于潜艇运动具有严重非线性、强耦合和参数时变性,将模糊控制与滑模控制相结合,以潜艇空间运动为控制对象,设计出了潜艇空间机动多变量滑模模糊控制系统,并且利用模糊系统来逼近滑模控制的非线性切换函数,有效地抑制了滑模控制的抖振现象．仿真结果表明系统稳定,鲁棒性强,对潜艇航行时所受到的各种干扰有较强的抑制作用．尤其是采用了多变量空间运动控制,与传统的航向与深度的分开控制相比,提高了对潜艇运动控制的效率和品质．     

螺旋桨空泡及防止研究

螺旋桨是船舶普遍采用的推进器,其作用是将船舶主机发出的功率转变为推动船舶运动的推力,实现船舶的航行.随着船舶航速的提高和大功率主机的使用,螺旋桨会出现"空泡现象".当螺旋桨出现"空泡"后,会对螺旋桨的性能带来不同程度的影响,或者使航速降低,或者使桨叶材料受到损坏,这种损坏有时还延及桨后的舵、桨上方的船体板,或者使船体产生严重的振动和噪声.     

基于水动力系数敏感性指数的水下航行器运动方程简化研究

针对水下航行器操纵运动方程,引入水动力系数敏感性指数的概念.选取了2种典型运动形式进行仿真计算,对某水下航行器水动力敏感性指数进行了合理分级,并以此为根据对水下航行器操纵运动方程进行了简化.对比结果表明,采用仿真计算的方法研究水动力系数与水下航行器操纵性的关系及运用敏感性指数评估水动力系数对操纵性的影响不失为一条可行的途径.     

开阔水域多物标动态自适应智能航行方法

考虑船舶操纵特性、《1972年国际海上避碰规则》和良好船艺要求,提出了动态自适应目标船不协调避碰行动的开阔水域智能航行方法;将物标分类、建模并构建数字孪生交通环境,结合航向控制方法、操纵运动和复航模型构建了自动航行模型,推演了船舶非线性操纵运动;基于自动航行模型量化解析了《规则》要求,探究动态避碰机理,建立了可行航向求取方法;在多目标环境中,提出了目标船机动判别方法,研究了《规则》约束下构成自主航行方案的改向时机、幅度和复航时机等要素求取方法。仿真结果表明:依靠信息秒级更新的滚动计算,提出的智能航行方法可自适应剩余误差和目标船随机运动;提出的智能航行方法能将可行航向区间和改向幅度精确到1°;将程序运行和复航时机计算步长设置为1、10 s,设置多类静态物标和6艘保向保速目标船,在640、1 053、2 561和3 489 s,本船进行右转9°、复航、保向保速和复航等操纵可让请所有目标并自主航行至终点;设置目标船在300 s采取不协调转向避让行动,本船在980、2 790、3 622、5 470 s时进行右转9°、左转12°、右转17°和复航等操纵可让请所有目标并自主航行至终点。可见,任意初始状态下的船舶均可沿计划航线自动航行至终点,提出的方法能满足多个、多类动静态物标共存的真实开阔水域环境中的智能航行需要。      

考虑时间价值的路内停车巡航行为建模

停车者在到达目的地后可能以低速寻找路内停车位,这种巡航行为不仅造成交通拥堵,还增加了能源消耗和环境负担.基于停车者停车选择行为,综合分析停车持续时间、停车后到达目的地的步行时间及停车费用等因素的关系,并且考虑时间价值的影响,建立了路内巡航停车行为模型.模型以停车选择过程的时间价值为基础,定量化描述停车价格对路内停车巡航行为的影响.结果显示,停车价格对调节巡航时间具有杠杆作用,非工作出行的巡航时间要长于工作出行.模型有助于解析影响巡航停车行为的关键决策变量,利用变量间的相关关系实现停车价格的优化调整,从而引导停车选择行为实现路内停车与路外停车的平衡.     

吸喷结合式水翼水动力及空泡性能的数值分析

以NACA0012为研究对象,采用2种湍流模型对翼型绕流进行模拟,通过与实验值对比,确定了合理的湍流模型.分别计算分析了船用水翼添加前缘抽吸作用、后缘喷水作用、吸喷结合作用后,升力系数、阻力系数和升阻比的变化情况,结果表明,船用水翼在微吸水、喷水或吸喷结合作用下均提升了翼型的升阻比,起到了增效的作用.开展了翼型在无吸喷、单吸口、单喷口及吸喷结合形式下的定常与非定常空泡流动的数值模拟,计算结果表明,前缘吸水可以抑制空泡的发展,尾部喷水却会使翼型空泡分布扩大化,吸喷结合形式较为适中;针对翼型的3种改进均使空泡周期增长,可抑制单位时间内空泡云的脱落,减少对水翼表面的剥蚀.     

超磁致伸缩致动器有限元分析及实验研究

超磁致伸缩致动器的输出性能主要取决于致动器内部磁场分布特性,进行致动器的磁场数值分析,对预估致动器工作性能参数具有重要的意义.文中利用有限元法进行了致动器的磁场分析,并根据磁场分析结果预估了超磁致伸缩致动器静态位移特性.实际测试了致动器的静态特性.实验结果表明所建立的有限元模型及分析方法是合理的.