水下航行器对转涡轮机系统建模与仿真（英文）

The structure of a counter-rotating turbine of an underwater vehicle is designed by adding the counter-rotating second-stage turbine disk to the conventional single-stage turbine. The available kinetic energy and the absorption power of the auxiliary system are calculated at different working conditions, and the results show that the power of the main engine and auxiliary system at the counter-rotating turbine system matches well with each other. The technology scheme of the counter-rotating turbine system is proposed, then the experimental simulation of the lubricating oil loop, fuel loop, and seawater loop is completed. The simulation results indicate that the hydraulic transmission system can satisfy the requirements for an underwater vehicle running at a steady sailing or variable working conditions.     

水下热动力系统变参数实时混合仿真的原理与方法

针对水下开式循环热动力系统的强烈非线性特征及航行器的姿态变化 ,提出了一种变参数实时混合仿真系统的原理和方法。该实时混合仿真系统能够适应水下热动力系统的整个工作范围 ,可有效地用于检验热动力系统各部件之间的适配性能 ,并在试验中优化系统的结构参数。     

Tracking control of underwater vehicle subject to uncertainties using fuzzy inverse desired trajectory compensation technique

Computed-torque controller plus fuzzy inverse desired trajectory compensation technique based on robust adaptive fuzzy observer is proposed to control underwater vehicle subject to uncertainties. A fuzzy inverse desired trajectory compensator is developed as a nonlinear filter at input trajectory level outside the control loop to address the issue of unavailable normalizing factor. A robust adaptive state observer with loose constraint on the position of the uncertainty function is proposed to evaluate the unavailable states. Numerical simulation results of regulation performance demonstrate that the observer solves the problem of strict constraint conditions on position uncertainties. Comparisons of tracking performance between the proposed control method and computed-torque controller are performed. The results confirm that compensation at the input trajectory offers better position tracking performance and easier practical implementation than other fuzzy compensation techniques at joint torque level. The proposed control approach is simulated and its efficiency is validated through the simulation of an underwater vehicle.     

某型水下航行器控制方案的半实物仿真

在以ＶＡＸｌａｂ计算机为主机的小型通用动力学半实物仿真系统上对某型水下航行器的运动进行了半实物仿真。给出了半实物仿真系统的基本组成和工作原理，讨论了水下航行器运动的仿真模型和实时积分算法。结果表明，该仿真系统结构合理，精度高，可靠性好，所采用的控制方案可使其满足使用要求，达到了预期的目的。     

水下拖曳系统水动力特性的计算流体力学分析

提出了一种新型的水下拖曳系统三维水动力数学模型。在该模型中拖曳缆绳的控制方程由Ablow andSchechter模型给出,Gertler and Hargen的水下运载体六自由度运动方程被用来描述拖曳体的水动力状态。通过对拖曳缆绳和拖曳体的控制方程在连接点处进行边界条件耦合,从而构成整个拖曳系统的水动力数学模型。在研究中,拖曳系统的水动力数学模型通过时间与空间的中心差分方程来逼近,每一时刻拖曳体所受的水动力通过求解Navier-Stokes方程得到。所提出的模型特别适用于拖曳体为非回转体、非流线型的主体,或必须考虑拖曳体各组成部分的水动力相互影响的情况。计算结果与相应的实验室样机试验结果的比较表明,所提出的模型可以有效地预报拖曳系统的水动力特性。利用所提出的水动力模型,对华南理工大学提出的自主稳定可控制水下拖曳体在实际海况下的数值模拟结果显示,所分析的拖曳体具有良好的运动与姿态稳定性,是一种值得开发研究的新型水下拖曳体。     

基于汽机流网一体化的辅助汽轮机建模与仿真

针对基于节点法的辅助汽轮机流体网络传统建模中,在动态过程中存在质量不平衡的问题,不能满足辅助汽轮机组变工况和故障工况特性研究的要求。本文提出了汽机流网一体化建模方法,依据质量守恒和能量守恒原理,采用可变出口导纳模拟不同背压下辅助汽轮机的流网运行情况。以某船舶汽轮燃油泵及其进出口蒸汽管网为研究对象,在MINIS环境下采用汽机流网一体化方法建立了其仿真模型。通过该方法下仿真结果与实际运行数据对比,验证了模型的准确性。仿真结果与传统模型仿真结果进行对比分析,表明了变工况和故障工况下汽机流网一体化模型具有更好的稳定性和动态适应性。     

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。     

船用柴油机与燃气轮机动力装置的可靠性对比分析

从关键零部件数量、零部件制造材料、零部件工作条件和部件冗余数量角度,分别对船用柴油机和燃气轮机动力装置的不可靠度进行计算和对比分析。结果表明,柴油机动力装置包含的部件数量大,而燃气轮机动力装置结构相对简单,其结构可靠性高于柴油机动力装置。但对于多缸柴油机来说,由于冗余部件和冗余辅机系统的存在,柴油机动力装置的整体运行可靠性高于燃气轮机动力装置,说明柴油机动力装置的冗余部件对其运行可靠性非常重要。     

水下航行器热动力推进系统的非线性变结构控制仿真研究

在对水下航行器热动力推进系统非线性模型进行合理简化的基础上，首次采用趋近律法设计了水下航行器变速变深运动的动力推进系统变结构控制器，并进行了数字仿真，仿真结果表明，所设计的控制器控制精度高，抑制抖振效果显著，且该方法物理概念清晰，算法简单，易于实现，对水下航行器热动力推进系统控制的工况应用有实用价值。     

水下机器人运动控制与仿真的数学模型

本文首先确定了水下机器人六自由度空间运动模型，为了便于在控制与仿真中应用，本文借助matlab平台，将水下机器人的六个自由度的方程转换为矩阵乘形式，然后结合水下机器人的环境仿真，推力器仿真，舵翼仿真，建立了水下机器人六自由度运动记真器。最后用该仿真器进行了运动仿真，仿真结果与海上试验吻合得很好，表明该仿真系统是符合实际的，该仿真系统采用一种普遍实用的数学模，精度较高，适用于任何类型的水下机器人，对研究水下机器人操纵与控制有很大现实意义。     

某型AUV运载器的定位方法与误差分析

传统AUV依靠水下惯性导航设备自主定位的方法无法实时进行水下信息感知和系统控制。水声定位是AUV定位导航技术的一个研究领域,可用于水下运动目标定位与导航、水下静止目标勘测等。本文分析阐述三种经典AUV定位方法,进一步研究AUV快速定位解算原理,论证影响AUV运载器在深海工作时产生的定位误差来源并进行仿真试验分析,最终将研究成果应用在目前现有某型AUV运载器上,实现自身水下定位、导航与远程遥控。     

计及叶片载荷的双机对转式海流发电机系泊系统动力分析

本文设计了一种新型的双机对转式海流发电机并对其系泊系统与叶片载荷和直径关系进行模拟分析。首先将单机式海流发电机与已有研究进行对比验证其可靠性，然后在不改变系泊方式的前提下，设计出双机式结构，并通过分析机身位移和旋转比较两种系统的稳定性。为考虑叶片载荷对系泊系统影响，在Orcaflex中对不同精细程度的叶片进行建模，分别对比单一翼型/三翼型/九翼型的数值模拟结果。接着使用M-BEMT软件优化后的翼型参数，对比使用原始升阻力系数的三翼型发电机的模拟结果，同时将使用不同直径叶片的发电机系统进行对比，说明双机式发电机的稳定性更优，对海流发电机及其系泊系统的设计提供重要参考价值。     

无人水下航行器外热源热机用无气体产生燃料

无人水下航行器(UUV)在军事领域正得到愈发广泛的应用,动力装置是其技术难点之一。无人水下航行器采用外热源热机,在续航力和航速上,都优于其他类型动力装置,且使用无气体产生燃料,可从根本上解决水下气体排放问题,提高航行隐蔽性,具有良好的军事应用前景。本文根据无人水下航行器的使用条件和技术要求,对适用于无人水下航行器外热源热机的无气体产生燃料进行了广泛考察,给出了可用于无人水下航行器外热源热机的无气体产生燃料和氧化剂的组合。     

回汽控制对舰用蒸汽动力系统的影响

[目的]船用蒸汽动力系统在紧急减速或换向操作过程中,回汽控制技术是缓解锅炉内锅筒超压问题的有效手段,需对其带来的影响进行研究.[方法]建立增压锅炉、主汽轮机和螺旋桨等设备的蒸汽动力系统仿真模型,针对大型舰船紧急减速过程和换向操作过程中快关阀无回汽、快关阀有回汽、慢关阀无回汽这3种工况,开展回汽控制特性的仿真对比分析.[...     

自主式水下潜器分层递阶控制系统

本文就自主式水下潜器的模型，给出了该潜器分为四层的分层递阶控制系统及分层递阶控制的仿真结果。     

水下闭式循环动力系统动态过程数值仿真研究

水下闭式循环动力系统具有高比能量、大比功率以及无工质排放的优点,能够大幅提高水下航行器航速、航程、航深和隐蔽性.本文首次针对某新型水下闭式循环动力系统建立其动态模型,其中燃烧室模型考虑气相氢、氧气和液相冷却水的相互耦合作用,汽轮机模型考虑其转子惯性和容积惯性,冷凝器模型考虑3个相区:过热区、饱和区和过冷区.利用该模型对系统动态过程进行仿真分析,结果表明只要氢、氧气和冷却水流量在系统动态过程中保持一定的比例关系,则燃烧室温度基本保持不变,而燃烧室压力和汽轮机输出功率仅取决于总工质流量.该结论为制定系统解耦控制策略奠定了基础.     

面向深海无人潜航器的导航系统设计与实现

为满足深海无人潜航器不同运动、工作状态对导航系统精度和低功耗的要求,以及进一步提高导航设备在深海环境中的不确定因素影响下的适应性、可靠性,研究与设计了一种基于DSP+ARM双处理器的混合精度IMU导航定位系统。将低精度、低功耗的MEMS传感器与高精度、高功耗的光纤传感器通过模糊自适应状态切换算法在线切换两者的工作状态,以达到导航定位精度与功耗之间的最优平衡,并提高在执行导航定位任务时的适应性和可靠性。实际跑车实验结果表明,采用高、低精度IMU分时工作模式满足了系统在精度与功耗之间的平衡要求。在保证水下潜航器续航时间的同时,有效提高了导航系统鲁邦性和可靠性。     

海水中环天线的辐射特性研究

使用电磁波进行水下通信具有传播速率高等优势,文章针对电磁波水下通信中环天线的设计,在对电磁波传播特性进行研究的基础上,分析了传播速度和波长对环天线的影响,推导出了水下环天线的辐射功率和辐射阻抗的解析表达式,仿真分析了水下环天线的辐射特性,得出了天线尺寸和工作频率对辐射特性的影响,为环天线的设计和应用提供了参考。     

基于OpenGL的深海开架式潜水器视景仿真设计

采用虚拟仿真技术,以正在研发的深海开架式潜水器的设计尺寸和数字海底理论为基础,采用基于面向对象数据模型和基于表面三角剖分的方法来构建水下目标的三维空间数据模型。以三角形的空间拓扑关系为基础,利用SolidWorks建模工具和VC++OpenGL图形开发库,实现了深海虚拟环境下的系统仿真。通过水下目标的建模实例,验证了仿真平台的正确性和可行性,该平台还可应用于深海综合调查研究、水下机器人操纵运动控制仿真等领域。     

Hydrodynamic characteristics of underwater vehicle with X-rudder configuration coupling with incidence and rudder angle北大核心CSCD

[目的]X形艉布局的水下航行体及操纵策略特殊,受主体姿态角影响的X形艉舵特性与十字形艉布局的不同。[方法]基于SUBOFF模型的X形艉布局方案,通过数值计算分析变单舵、变单舵耦合攻角以及变单舵耦合漂角时的操纵性水动力特性,并按照现有的船标推荐公式,对舵角/姿态角耦合下的操纵性水动力特性进行拟合研究。[结果]结果表明,X形艉水下航行体变单舵时,舵与主体间存在较强的相互作用,使得两个正交平面内的水动力(矩)存在差异;区别于无主体姿态角时的X舵水动力特性,耦合主体姿态角后的X舵水动力特性明显受到主体的影响。在研究的姿态角及舵角范围内,右上舵和左下舵舵效分别随姿态角的增大而减小和增大。舵导数相对变化量值最大达16%。[结论]研究结果可为X形艉水下航行体操控及仿真评估分析提供参考。