柴油机抗冲击性能实船水下爆炸冲击试验研究

柴油机是现代舰船主要动力源之一,其抗冲击性能直接影响舰船生命力.舰用柴油机具有体积重量大、附属设备多、运行维护要求高等特点,难以在陆上进行抗冲击台架试验.实船水下爆炸冲击试验是发现舰用柴油机抗冲击薄弱环节,检验舰用柴油机抗冲击性能的有效手段.通过试验中对舰用柴油机进行运行监控、实时测量,以及试验后对柴油机进行拆检分析,初步总结出舰用柴油机的抗冲击薄弱环节,提出舰用柴油机冲击防护设计建议,研究成果可应用于舰船动力设备抗冲击防护措施设计中.     

摆盘发动机的隔振及振动特性的仿真分析

摆盘发动机的振动是水下航行器噪声的主要来源.发动机的隔振设计以及在隔振条件下的振动特性成为研究关注的焦点.本文运用虚拟样机技术,建立了摆盘发动机在隔振条件下的三维模型.通过对发动机结构以及工作过程的模拟,对发动机主要部件进行了运动仿真分析.通过调整发动机的结构参数,研究了不同摆盘倾角时的部件受力与运动特性.通过调整发动机的隔振参数,研究了不同支承刚度时发动机的振动规律.研究结果对降低摆盘发动机的振动、提高发动机的机械效率具有参考意义.     

基于声辐射模态的水下航行器传感器优化配置研究

本文研究当水下航行器外壳体振动传感器总数确定之后,如何利用这有限个数的传感器得到更多航行器壳体振动信息,从而更准确地评估航行器当前声隐身状态的问题。基于结合声辐射模态理论,给出传感器优化配置方法和步骤,并利用类似水下航行器的椭球壳体结构作为研究对象进行仿真,对该方法进行验证。研究结果表明,针对类椭球结构的水下航行器,低频段壳体传感器应布置在两端及中间位置。     

基于生成对抗网络的水下图像增强

对光的散射和衰减导致水下图像出现颜色失真和细节模糊对比度低问题进行研究,提出一种基于生成对抗网络（GAN）的图像增强方法。首先以图像分割（U-Net）网络为基础提取水下退化图像特征,再使用改进的白平衡算法对原始图像进行去偏色处理,用卷积神经网络提取去偏色后的图像特征,接着通过卷积神经网络完成两者特征融合,最后重构增强的图像。结果表明,本文算法增强后的图像在UIQM、PSNR和SSIM指标上的平均值为5.071、25.310和0.996,分别比第二名提升了1%、7%和5%。在主观感知和客观评估中,处理后的图像在清晰度、颜色校正和对比度方面均得到改善。     

基于分布式概念的水下无人作战系统发展研究

海上分布式作战是利用海上有人无人平台组成的具备部署分散、信息联通、指控智能、火力集中的作战体系,以较低成本消耗/牵制敌作战力量,对敌形成“非对称”优势。美国是分布式作战概念的提出者及引领者,将其视为应对未来可能发生的大国战争的制胜关键,大力支持DARPA积极开展水下无人平台研制、水下无人体系构建及水下有人无人协同指控等项目。本文以促进水下体系构建、形成有人无人联合作战能力为目标,分析国外典型项目、典型作战模式,总结国外水下无人系统及有人无人协同应用发展趋势,探讨分布式作战概念下的水下有人无人作战新模式,可为水下体系发展及装备研制提供借鉴。     

负泊松比内凹蜂窝圆柱壳水下抗冲击响应研究

基于Abaqus声固耦合法对水下爆炸工况下,负泊松比内凹蜂窝圆柱壳的抗冲击性能进行研究。主要分析双层圆柱壳外壳、内壳和肋板的最大变形、等效塑性应变、动能和内能结果,讨论了不同肋板间距工况对双层圆柱壳抗冲击响应的影响。结果表明,在肋板总重一定条件下,增大肋板间距、增大肋板宽度、减少肋板数量,外壳最大变形、等效塑性应变、动能、内能呈增大趋势;内壳和肋板最大变形、等效塑性应变、动能、内能呈减小趋势。     

弱磁型四旋翼AUV的深度与姿态控制

为对磁性敏感的实验装置提供一个无磁干扰、具有一定深度以及姿态稳定的水下测试环境,设计一款基于经典比例积分微分（PID）算法控制的弱磁型四旋翼水下自主航行器。本文通过外形设计,对该自主航行器进行三维建模,从而建立该AUV的运动学模型,进行稳定性分析。通过电气系统以及控制系统的设计与组装,调整各控制参数,成功搭建该自主航行器并进行水池实验。通过实验可知,基于PID控制的弱磁型四旋翼水下自主航行器通过无浮力缆与上位机连接,可以实现定深以及定姿态的功能。同时将各个误差值控制在理想范围内,验证了该控制系统的稳定性以及鲁棒性。     

水下爆炸载荷特性数值计算方法

为了更好地研究水下爆炸冲击载荷,通过数值模拟的方式模拟水下爆炸过程中产生的爆炸冲击波和气泡脉动2种原生载荷。运用有限元软件AUTODYN建立一维炸药-水域模型模拟炸药爆炸产生的爆炸载荷,通过对比经验公式对有限元模型可靠性进行验证,计算结果与经验公式误差不超过15%。同时研究了爆距、炸药当量和水深等变量对水下爆炸冲击波以及气泡脉动的影响。     

水下排气流动与噪声特性试验研究

为明确水下排气噪声发生的空间位置,掌握流动形态对排气噪声的影响特征,在水池中通过水下摄像和噪声监测方法研究了瞬态水下排气过程。结果表明：40 mm管口水下稳定排气产生的气泡直径约3～21 mm,气泡群上浮平均速度为0.31 m/s;水下排气噪声主要发生在排气管口附近,在气泡形成过程中产生,单极子辐射占主导地位,是水下排气的主要噪声源;气泡上浮时的噪声总级远低于管口气泡形成噪声,与背景噪声接近,是水下排气中可以忽略的噪声源,其频谱特征中主要是气泡固有频率,峰值频率约800 Hz;气泡在水面破碎时产生的噪声比排气出口噪声略低,是水下排气的次要噪声源,偶极子噪声占主导地位。     

空投水下滑翔机入水冲击载荷研究

因水下滑翔机内部结构精密,空投入水瞬间水下滑翔机的外壳和内部结构会受到巨大的冲击,直接造成水下滑翔机的损坏。针对上述问题,借助STAR-CCM+软件,采用重叠网格方法和VOF多相流模型,分析水下滑翔机的入水过程,计算不同姿态下的水下滑翔机入水时径向力、轴向力和速度变化,同时考虑水下滑翔机外形结构特点,对水下滑翔机外形结构进行减载优化。仿真结果表明：随入水攻角增大,水下滑翔机受到的径向力作用效果大于轴向力;随入水速度的增大,水下滑翔机入水冲击载荷增加。同时,首部导流罩采用较大长短轴比的椭圆曲线,翼板采用折叠翼、柔性翼等折叠结构能够具有明显减载效果。本文研究成果可为水下滑翔机空投条件选择和空投入水结构优化提供参考。