基于三元可控速度矩法的水下航行体推进泵参数化设计方法

随着水下航行体对推进器高性能和低噪声要求与日俱增,迫切需要研究适用于水下航行体的推进泵.本文选出影响水下航行体推进泵水动力性能的主要参数,基于三元可控速度矩方法,编写Matlab程序对推进泵进行参数化设计,并结合CFD数值模拟方法进行设计优化与试验验证.CFD计算结果表明模型泵水力效率能达到83%,达到设计目标并准确把握了设计工况点,验证了本方法的可靠性,为开发高性能水下航行体推进泵奠定基础.     

喷水推进混流泵叶轮三元可控速度矩设计

本文介绍了混流泵叶轮叶片一种准三元设计法。以速度矩Vur为控制变量,通过正反问题迭代计算从而构制出叶片,力求使叶轮叶片形状与叶轮内实际流态相吻合,从而得到性能优异的混流泵。     

支杆对水下航行体操纵性水动力系数的数值分析

作为水下航行体操纵性水动力系数之一,线性速度系数的准确预报对操纵性设计具有重要意义。通过与水平面平面运动机构模型试验的线性速度系数数据对比,建立了线性速度系数的数值计算方法。在此基础上研究模型试验中安装模型用的支杆对Suboff模型线性速度系数的影响,对比分析了有无支杆状态下水下航行体表面压力及流线分布特性。     

水下航行体水动力参数智能辨识方法研究

通过水下航行体的状态方程和试验观测方程,利用智能辨识技术对水下航行体的模拟运动数据进行了仿真辨识,求得了10个水动力参数.结果表明,智能算法简单有效,对目标函数没有可微性和连续性要求,避免了复杂的梯度矩阵计算,适合在复杂的非线性水动力系统辨识中应用.     

内波作用下水下航行体应急上浮的运动及水动力数值模拟研究

海洋内波是边缘海普遍存在的现象,非线性内波尤其是大振幅的内孤立波对于水下航行体的安全航行具有重要影响。本文首先采用RANS方法结合运动控制方程,开展内波作用下的水下航行体自由运动过程数值模拟及分析,结果显示,在不采取主动操控措施的情况下,水下航行体被内波快速拖入波谷。然后对该耦合运动过程开展详细分析。在此基础上采用数值计算方法重点研究遭遇内波后实施紧急操控后的应急上浮运动,详细分析该过程的运动及流场特征,并进行理论对比分析。     

基于集成式推进系统的水下航行体减振降噪研究方向探讨

对水下航行体集成式推进系统特点进行了阐述。探讨了针对降噪设计应开展的低噪声水密永磁电机研究、低噪声推进器研究、螺旋桨伴流场优化、艇体通道特性研究等具体方向。以控制航行体噪声技术状态为目的,提出了状态评价方法的若干研究思路。     

基于代理模型的水下航行体头型优化设计方法研究

文章采用Kriging代理模型技术针对水下航行体头型优化设计开展研究。采用CFD方法分析了不同头型水下航行体的流体动力性能,将性能参数作为初始样本建立代理模型;根据测试样本点的预测均方误差选择加点策略更新代理模型,提高代理模型预测精度;采用非劣分类遗传算法对阻力和表面压力开展多目标优化,寻找近似最优解。结果表明:基于代理模型技术的水下航行体头型多目标优化设计方法可以有效提高设计效率,获得具有良好水动特性的航行体头型。     

基于SMA驱动的水下仿生航行体技术

鱼类游动具有低阻高效、高机动性等特点,对鱼类的仿生学研究将为新型水下航行体的设计研制提供重要借鉴与启迪.本文综述了鱼类游动机理的研究成果,总结了国内外在水下仿生航行体方面的研究进展,分析了SMA材料性质及应用现状,提出了一种基于SMA驱动的仿鲹科鱼类波动推进的水下仿生航行体原理构型方案,可作为下一步详细设计的基础.     

内波作用下水下航行体水动力载荷及运动特性研究

中国南海区域海洋内波出现频率较多。海洋内波携带着巨大能量,对于水下航行体的安全航行具有非常大的威胁。为了研究内波对水下航行体的水动力性能影响,该文基于RANS方法和KdV理论建立了分层流中的内孤立波与水下航行体相互作用的数值模拟方法。在对约束模型数值模拟分析的基础上,采用DFBI方法结合重叠网格技术,开展了内孤立波作用下水下航行体自由运动的数值模拟。分析表明,内孤立波与航行体相遇,会使得其周围流场变得异常复杂,从而引起突变的流体动力和运动,对此时的航行安全性应给予极大重视。     

基于NAH的水下航行体噪声源定位仿真研究

准确地对鱼、水雷等水下航行体式武器装备进行噪声源定位是减振降噪的前提。本文利用近场声全息技术对水下双声源和多声源目标进行仿真研究,对比研究目标声源的理论声压与重构声压的分布,准确对声源中心位置进行定位。取得了很好的重建效果,可见将近场声全息技术应用于水下噪声源定位是可行的,可为降低水下航行体式装备噪声特性提供技术支撑。     

3D Track-keeping Method for Autonomous Underwater Vehicle

In this paper, 3D track-keeping control method for autonomous underwater vehicle (AUV) with and without the influence of ocean current is investigated. Because the system to be controlled is highly nonlinear and strong coupled, an approach is used to divide it into two subsystems. One is to control the heading and the track error on the horizontal plane. The other is to control the pitch and the track error on the vertical plane. The results of computer simulation show that the autopilot works properly, it can capture the current waypoint and turns to track the next path automatically.     

自主潜航器姿态控制力矩陀螺群的DSP控制系统设计

传统舵面执行机构在自主潜航器低速或零速状态时对其进行姿态控制舵效不足,为改善其操纵性能,引入框架控制力矩陀螺（CMG）作为自主潜航器的姿态控制执行机构,其中驱动系统由4台高速无刷直流电机及4台减速电机组成。考虑到自主潜航器对控制力矩陀螺电机的性能要求,设计了以数字信号处理器（DSP）TMS320F2812为核心的永磁无刷直流电机与蜗轮蜗杆减速电机调速控制系统,包括DSP主控模块、PWM光电隔离模块、驱动模块、JTAG接口模块、RS-232串行通信模块等硬件电路及系统上、下位机的控制软件程序。设计并制作了外围电路板,实现了对无刷直流电机驱动的陀螺转子进行启动停止、转速给定、转速测量等控制任务,以及蜗轮蜗杆减速电机驱动的陀螺框架启停及正反转响应迅速。试验表明,所设计的DSP控制系统能较好地满足自主潜航器姿态控制需求。     

挖泥船绞刀参数化三维建模

绞刀是绞吸式挖泥船的关键机具,对提高挖掘功效具有决定性作用。根据现有土壤切削理论和疏浚施工实践,分别建立了绞刀结构形状与不同类型土质的关系,绞刀切削动力特性与土质特性关系的数学模型,以及各种绞刀刀齿模型库。在VB语言环境下对三维建模软件SolidWorks进行二次开发,实现了绞刀参数化三维建模。设计者输入土质、产量或功率等参数即可得到相应的三维绞刀。这种参数化三维建模的方法使用简便、立体感强,既缩短了设计周期,又提高了设计的精度,更便于绞刀的应力分析和优化设计。     

流速可控式新型生态鱼道的概念设计与数值模拟

鉴于传统鱼道适用范围窄、引鱼措施不完善、过鱼种类单一以及鱼道淤沙问题严重等缺陷,提出了一种流速可控式新型生态鱼道的概念设计模型,并结合大型通用流体力学计算软件Fluent对该新型生态鱼道进行数值模拟仿真研究。结果表明:通过调整鱼道中可旋转式隔板与边壁的夹角角度,从而改变鱼道中水流的流速大小,进而满足不同洄游鱼类对不同水流流速的适应要求。     

基于惯性导航/地磁的水下潜器组合导航定位方法

针对水下潜器长时间水下航行的隐蔽性且定位精度不高的问题,提出了一种基于惯性导航/地磁的组合导航系统。建立了惯性导航/地磁组合导航系统模型,并且利用卡尔曼滤波算法对系统进行滤波。最后通过仿真实验表明,该组合导航系统能够有效弥补单惯性导航系统精度发散的不足,提高了导航精度,实现了水下潜器的精确导航。     

一种模态切换水下机器人初步设计

介绍一种新型模态切换水下机器人的设计方案,该机器人用模态切换装置实现了浮游与爬行清污作业的自由切换,控制原理简单、活动范围广、功能强大。介绍了机器人的总体设计方案,重点对机器人的模态切换装置和推进系统进行了设计与论证分析。使用有限元计算软件Simulation对模态切换模块进行了强度校核,结果表明设计强度和刚度均满足使用要求。基于计算流体力学软件Fluent,开展MC-ROV水动力性能的初步研究,完成了推进器电机的选型。     

深水欠驱动自主水下航行器分布式控制方法

针对传统CAN总线控制方法在欠驱动状态下,出现的控制指令响应速度慢、欠驱动状态下控制指令下达滞后等问题。提出深水欠驱动自主水下航行器分布式控制方法,在传统CAN总线控制方法的基础上建立欠驱动信号指令识别单元与分布式控制指令识别传输单元,实现分布式控制的效果。通过对比实验证明:提出的深水欠驱动自主水下航行器分布式控制方法,能够准确识别航行器的欠驱动状态,并通过分布式控制指令传输方式,完成对欠驱动状态下航行器的稳定、准确控制。