中国海军无人机应用前景展望

所谓海军无人机,是指囊括各种任务功能,可由水面舰艇甚至潜艇携带、施放和回收的舰载无人驾驶飞行器。随着现代科学技术的飞速发展和更多高新技术在这一领域的广泛应用,人们不仅已经初步实现了在航空母舰上部署无人机,执行战区侦察、通信中继、甚至对特定目标实施攻击等军事任务,而且无人机的种类、性能及型号也越来越多,在体积、重量、航程、施放及回收方式、携带设备以及特定任务功能等方面越来越满足一般水面作战舰艇甚至潜艇的使用条件,从而开始显示出影响和改变未来海战场的作战方式直至战争形态的巨大潜力。毋庸置疑,随着海军无人机技术的持续发展,其技术水平、任务功能乃至作战用途必将在不太长的时期内趋于成熟,也必将促使现代海军以及海战场发生一次新的革命性。[编者按]     

碧海扬威 中国海军驱逐舰技术进步的作用

海军舰艇是一个集船舶、冶金、兵器、电子和动力等多方面技术于一身的综合体,其技术水平直接代表着国家整体工业技术的发展水平。其中,作为目前国际海军水面舰艇中最有代表性的舰种,驱逐舰最能体现出一个国家的整体工业基础和技术上达到的标准。通过对中国海军驱逐舰的发展过程进行了解,将能够清楚地感受到中国工业和科学技术对驱逐舰发展的作用。[编者按]     

水面无人艇智能化技术的发展现状和趋势

随着人工智能技术的快速发展,水面无人艇在海上巡逻安防、反水雷作战以及反潜作战等领域中扮演日益重要的角色。其中,智能化技术作为水面无人艇的核心技术之一,受到广泛关注。论文对国外水面无人艇的发展现状进行调研,分析智能化技术对无人艇发展的影响。阐述水面无人艇智能化的关键技术,包括智能环境感知、智能目标分析、智能路径规划、智能编队控制等,并对智能化水面无人艇的作战应用进行展望。     

基于IDLOS的水面无人艇路径跟踪控制技术研究

操纵性约束和外界干扰导致水面无人艇难以精确、稳定跟踪期望轨迹。论文通过改进视线法得到带积分和微分项的制导律的控制器,同时加入预转向控制、速度优化控制,与视线制导相比显得更加合理。针对河海大学自主研制的DW-uBoat水面无人艇,设计了轨迹跟踪控制器并进行仿真试验。试验结果表明,基于改进视线法的控制器和PID的轨迹跟踪控制器与视线法相比,在控制误差、稳定性和抗干扰性等方面性能均有提升,能快速收敛到目标轨迹。     

无人水面艇航向航速协同控制方法

针对无人水面艇(USV)在未知干扰环境下的自主运动控制问题,研究基于模糊自适应算法的USV航向、航速协同控制方法。设计以航向角偏差量和直线距离偏差量为输入量,以及以舵角偏转控制量和油门开度控制量为输出量的模糊控制算法,并通过以航向角偏差率为输入量及以控制周期为输出量的自适应控制,使系统响应外部环境的变化。以抵达目标点的时间和舵角变化次数的加权最小值作为优化目标函数,分析论域、控制周期等参数对控制效果的影响。优化分析的结果表明:此方法在不同海面风、浪、流随机干扰的条件下,均能使无人艇抵达目标点,实现点对点的自主航行。     

水面舰船附近气泡运动数值模拟

当气泡在自由面和水面舰船附近运动时,两者的存在均会对气泡脉动产生影响。基于不可压缩势流理论,采用边界元方法对边界积分方程进行求解。针对建立自由面需要大量的网格,且处理自由面与水面结构交界面时数值不稳定,采用考虑自由面效应的格林函数取代基本格林函数,通过与自由面附近气泡轴对称模型的计算结果进行对比,验证了该方法的有效性。通过对舰船结构附近的气泡运动射流特性进行模拟,发现当药包在舷侧和自由面附近爆炸时,气泡射流可能不会完全作用在舰船上,自由面效应的存在削弱了气泡的打击能力。     

高速排水型舰船加装尾板的节能机理

  目的  尾板设计一般追求高速减阻,对于同时以巡航和设计航速为优化目标的水面舰船尾板设计,其航速覆盖范围广,需重点对尾板参数的选取予以研究。  方法  采用计及航行姿态的粘性兴波流场数值模拟与模型试验验证相结合的设计方法,开展尾板多工况参数化优化设计。通过多方案数值仿真与阻力、自航模型试验的对比分析,总结得出尾板长度和下反角对于排水型水面舰船巡航和设计航速减阻节能的影响规律,并对CFD数值模拟结果的有效性进行初步的分析验证。  结果  结果表明,通过对尾板参数的优化,巡航航速约可节能3%,设计航速约可节能5%,达到了巡航和最大航速同时实现减阻节能的设计目标。  结论  所做研究可为后续排水型水面舰船尾板参数的优化设计提供理论支撑。     

水面无人艇避碰方法回顾与展望

  目的  提出一种实现无人水面艇（USV）在高速航行时自动规避障碍物的方法。  方法  将双向搜索树（Bi-RRT）算法与速度障碍法相结合,得到基于改进Bi-RRT的无人水面艇自动避碰算法。针对Bi-RRT算法扩展操作中父节点延伸方向位于锥形碰撞区内的情况,提出避碰危险度系数与障碍物排斥向量,使父节点延伸方向有远离障碍物中心的趋势。同时,针对算法实时性问题,提出两棵搜索树并行延伸扩展的方式,以及当父节点延伸方向位于锥形碰撞区外时触发的目标吸引向量,以加速算法收敛。  结果  结果显示,采用上述改进方法设计的算法搜索树延伸失败次数降低,规划的避碰路径短且更加平滑。  结论  该改进Bi-RRT算法实时性强、路径规划质量高,对实际工程应用有重要意义。     

曲线运动潜体近水面兴波时域研究

本文利用快速多极子面元法的高效性与精确性,对近水面潜体在水平面曲线运动过程中的时域兴波势流问题展开研究。首先确定了自由面网格密度及时域更新方法以保证数值模拟的准确性,探索了椭球潜体在水下做直线运动与曲线运动时阻力系数与升力系数变化的区别,明确了曲线运动过程中各项系数的变化规律,并针对不同的偏航角度的兴波特性进行比较,研究偏航角度大小对于潜体兴波阻力、升力以及表面兴波波形的影响。研究结果表明,当偏航角较大时,表面兴波对曲线运动潜体所受阻力和升力影响均非常显著;随着偏航角度的变大,各波系间的相互作用更加明显,表面波形更为复杂,导致了兴波阻力激增,阻力及升力曲线均出现大幅波动且不对称性。     

基于改进A~*算法的水面无人艇路径规划

本文基于传统的A~*算法理论,对算法进一步改进,提出一种改进的平滑A~*算法,并应用于水面无人艇的安全路径规划。该算法以传统的栅格建模为基础,对运动到障碍物顶角附近时进行判断并且做出圆弧转向处理,使航行体能够安全避开障碍物,使路径更加平滑安全。优化栅格建模方法,以实心表示障碍点,对同一地图不同起始点进行研究,改进折线转弯为圆弧,使路径和障碍物之间有足够的安全距离。在Matlab仿真环境进行仿真实验,结果表明,该优化算法可以明显改善无人驾驶船舶的安全性和可靠性。