水下滑翔机动力学建模与仿真

随着海洋开发进程的不断加快,水下滑翔机技术得到快速发展。水下滑翔机依靠浮力进行驱动,通过改变重心位置,实现滑翔机姿态调整,具有噪声小、能耗低、探测范围广及工作效率高等优势,在海洋资源探测和海洋环境监测等方面发挥着重要的作用。本文对水下滑翔机进行总体设计,对机体滑翔运动和俯仰姿态进行分析,分别对滑翔器的转动和移动建立相应的动力学模型。     

高速入水弹体结构冲击仿真研究

低空高速投放弹体能够具有很强的隐蔽性和快速攻击性,但是随之带来了弹体机械结构抗冲击问题。该文针对高速投放入水过程中弹体结构冲击问题进行了仿真研究。首先根据对弹体建立三维实体模型,包括其内部各机械电子以及装药部件的等效配置。然后采用大型流固耦合仿真软件Dytran进行入水冲击过程动态仿真。最后通过分析仿真结果数据得到几点有益的结论,为入水冲击弹体壳体以及内部机构抗冲击设计提供有价值的参考。     

不同气囊压力气垫船空投入水研究

为保证气垫船在特殊情况的应用,对气垫船空投入水进行研究。应用Abaqus有限元分析软件对气垫船气囊建立空气弹簧模型,对气囊不同气压时气垫船入水过程的运动特性和姿态变化进行仿真分析。结果表明：气囊的运动因空气弹簧存在的原因较底板更为剧烈;气囊气压在0.2～0.3 MPa间的运动特性几乎一致,小于0.2 MPa时气囊的弹性势能较小,速度衰减较慢,入水后吃水更深;气囊气压在0.15～0.3 MPa内,气垫船入水的姿态由前倾变为后倾,气压为0.2 MPa时,气垫船入水全程的姿态变化不大。总的来说,气垫船气囊压力为0.2 MPa时入水运动特性较好,姿态始末变化不大。     

水下滑翔机研究现状及发展趋势

水下滑翔机作为无人水下航行器装备体系中的重要成员,是一种依靠调节浮力实现升沉、借助水动力实现水中滑翔的新型水下机器人,具有尺寸小、功耗低、航速慢、航程远、续航时间长、自主性高、制造和维护成本低等特点,能够满足长时续、大范围、三维连续海洋探测的需求.本文综述水下滑翔机的概念、分类与优缺点,较全面地梳理总结水下滑翔机的国内...     

水下爆炸冲击载荷作用时船舶冲击环境仿真

以某船的船体结构和型线为基础，建立有限元分析模型，利用ANSYS／LS－DYNA程序计算了船体在不同炸药当量、起爆位置、有限元网格划分时的冲击环境，分析了船体在不同工况下的冲击响应。计算结果分析表明：在一定的条件下ANSYS／LS－DYNA有限元软件计算水下爆炸冲击环境是可行的。所得主要结论如下：（1）流场中结构的存在导致冲击波的反射、绕射使流场压力偏小或偏大；（2）冲击响应沿船长方向非线性传播；（3）存在一个临界K值，当K超越该值时，船体冲击环境发生突变，产生全局性的冲击响应；（4）在上层建筑中，冲击加速度并非呈线性分布，冲击加速度的大小与上层建筑各层刚度有关；（5）由于上层建筑的刚度与船体刚度呈非连续过渡，故船体冲击环境在上层建筑上将发生畸变。     

一种小型水下滑翔机的设计和运动模拟

描述了一种小型水下滑翔机的设计和原理样机制造。与一般水下滑翔机不同的是,设计中将用于改变净浮力的水囊放置在该水下滑翔机的艏部。这样的设计能够为水下滑翔机滑翔姿态改变时提供正向力矩,减小系统调节时间。最后,建立原理样机的动力学方程并仿真模拟原理样机的下潜滑翔运动。仿真结果显示,水囊的布置确实能够减少水下滑翔机在姿态改变时的调节时间。     

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。     

水下滑翔机试验样机系统设计

水下滑翔机作为一种新型的水下机器人巧妙地利用了水平固定翼将净重力转换为前进驱动力,从而降低了水下机器人的功耗。在海洋科学研究、环境监测、资源探测和军事侦察等方面都具有广阔的应用前景。文章介绍了水下滑翔机试验样机主体结构设计,姿态调节系统设计,浮力调节液压系统设计和控制系统系统设计。对嵌入式低功耗设计和层次设计做了重点介绍,并且对基于双向流量计浮力调节液压系统进行了详细介绍和仿真分析。     

水下滑翔机的研究现状与面临的挑战

随着海洋科学研究的加深,水下滑翔机作为一种新型的无人水下航行器在经济、军事方面的价值逐渐凸显。首先介绍了水下滑翔机的研究意义以及分类情况,对水下滑翔机的研究现状以及国内外取得的具有代表性的成果进行了概括调研。然后对水下滑翔机的发展进行了分析,最后对低功耗水下滑翔机未来发展面临的导航问题、能源问题、控制问题以及通讯问题进行了讨论,提出了水下滑翔机技术的发展方向建议。     

水下滑翔机水平固定翼设计

水下滑翔机以其低功耗、低成本和低噪声等优势在海洋科研、环境监测、资源探测和军事侦察等领域具有广阔的应用前景,水下滑翔机主要用于海洋环境长时间、大范围的实时监测,因此要求其具有优良的水动力性能。文章利用Javafoil程序总结了水下滑翔机水平固定平板翼升阻比与翼型参数之间的特征关系,并基于该关系在综合考虑升阻比和俯仰力矩两方面因素后确定了水下滑翔机水平固定平板翼的参数。此外为改善水下滑翔机稳定性,分析和设计了柔性机翼,对水下滑翔机水平固定翼的设计具有一定指导和借鉴意义。     

水下滑翔机稳态螺旋运动的时空尺度分析

水下滑翔机是一种节能型水下航行器,其转弯运动可近似视为稳态螺旋运动的一部分。为指导水下滑翔机在限制水域(近海底或近壁面)内的转向运动,本文对水下滑翔机稳态螺旋运动的时间、空间尺度特征开展分析。基于水下滑翔机的运动学和动力学方程,建立了其稳态螺旋运动的仿真方法,并与已公开发表的结果进行对比验证。分析稳态螺旋运动的轨迹特点,给出了其时间、空间尺度特征描述方法,并建立了时空尺度特征的研究思路。以Seawing水下滑翔机为例,定量地揭示了时空尺度特征随控制参数间的变化规律,并发现了上浮和下潜运动中变化规律的不同之处。     

水下滑翔机三维自由扰动分析

水下滑翔机以其低功耗、低成本和低噪声等优势在海洋科研、环境监测、资源探测和军事侦察等领域具有广阔的应用前景,文章分析水下滑翔机三维定常运动自由扰动过程各特征参数的运动模态、衰减速度和稳定性品质。通过对直线定常运动和螺旋定常运动的分析得到了水下滑翔机三维定常运动8个状态参数的变化特点。对水下滑翔机的设计和控制具有一定指导意义。     

水下滑翔机及其应用技术发展

水下滑翔机作为重要的海洋信息采集装备,被大量应用在海洋探测领域.文章结合国内外水下滑翔机的现状和发展趋势,从海洋探测的角度对滑翔机的技术特点和国内外发展现状进行概括,对滑翔机的应用技术进行分析,并讨论水下滑翔机的未来发展趋势,助力水下滑翔机技术的发展与应用范围的拓展.     

水下滑翔机动力学建模及PID控制

为了解决水下滑翔机的控制问题,设计了尾部四螺旋桨来控制滑翔机的俯仰和转向,对水下滑翔机进行运动学和动力学建模,并在其基础上设计了PID控制器。通过Matlab/Simulink仿真和湖试对所设计的PID控制器的有效性进行验证。仿真结果表明在所设计的PID参数下,控制器能够有效地完成水下滑翔机自稳定控制。湖试结果与仿真结果相比较,可以得出设计的PID控制器参数选取合理,能够快速准确地实现姿态的调节。     

水下滑翔机QFT鲁棒控制器设计

水下滑翔机以其低功耗、低成本和低噪声等优势在海洋科研、环境监测、资源探测和军事侦察等领域具有广阔的应用前景,由于水下滑翔机长时间、大范围在水下作业,受海洋波浪影响严重,因此要求其具有优良的抗干扰能力.本文首先对水下滑翔机俯仰回路多阶水动力模型进行Pade'降阶,随后针对降阶后的模型设计了QFT鲁棒控制器,系统仿真结果表明在该控制器作用下,系统鲁棒性较强.     

实验尺度水下滑翔机的机翼设计与水动力分析

为获取优化的实验尺度水下滑翔机水平机翼外形,基于CFD方法建立了滑翔机仿真模型。分析了平板机翼各参数间的关系,结合滑翔机特性,将机翼的表征量简化为安装位置、后掠角、展长、展弦比和根梢比等5个设计参数。通过对比分析各参数对升阻比的影响,提出了一种适用于实验尺度滑翔机的高升阻比水平机翼。仿真研究了设计的机翼对滑翔机运动的影响,结果表明,滑翔机各状态变量快速收敛,保证了滑翔机在水池环境中的稳态滑翔时间。     

水下滑翔机路径规划研究综述及展望

水下滑翔机（UG）是一种新型的水下无人航行器,具有能耗低、效率高、续航力长、成本低、可重复使用等优点,能够满足长时序、大范围的海洋观测与探测需求。水下滑翔机作为一种观测探测平台,合理的路径规划是其执行海洋观测与探测任务的重要保障。首先,综述近年来有关水下滑翔机路径规划方法,将水下滑翔机路径规划算法的内容系统性地分为传统算法、智能优化算法和多算法融合3类,并结合实际应用场景对不同的路径规划算法性能进行比较;然后,对水下滑翔机路径规划过程中所涉及到的环境重构技术、环境感知技术、智能决策技术和水下定位技术等关键技术进行凝练与总结;最后,基于现有的发展趋势,对水下滑翔机路径规划未来的发展方向,如多算法共融规划、多机协同路径规划、融合时空和目的约束的多维空间路径规划和复杂非稳态环境下的精准路径规划等进行展望。     

水下滑翔机附加质量数值计算

水下滑翔机的附加质量对其运动状态影响较大,本文采用了Hess-Smith（面元法）方法编制了计算任意三维物体附加质量的程序,利用Gambit软件对水下滑翔机进行网格划分,计算出实验室所研制的水下滑翔机附加质量,同时利用CFD（Computational Fluid Dynamics）技术,结合动网格技术和UDF（User-Defined Function）,对水下滑翔机进行了PMM（Planar Motion Mechanism）试验模拟,并与Hess-Smith方法得到的结果进行对比,分析两者之间的特点和各自优势。