X舵潜艇空间运动仿真数学模型

潜艇水下运动是六个自由度的多姿态运动,建立空间运动方程数学模型是计算机仿真时对其进行比较准确的描述和对运动状态进行仿真研究的关键。该文在对X舵进行受力分析的基础上,由美国泰勒潜艇六自由度方程出发,导出适合X舵潜艇控制和仿真数学模型,并给出了该数学模型的微分形式。     

潜艇六自由度运动仿真器

潜艇水下运动是多姿态的三维空间运动。仿真器要对其进行比较准确地描述和对其运动状态进行动态仿真，其实现技术上的关键是：建立潜艇空间运动微分方程组和六自由度转动平台。本文概述了我们最新研制成功的“潜艇六自由度运动仿真器”的结构概况、动力学模型及实艇修正、转台系统及其数控模型。经试验证明：该仿真器确能逼真地反映潜艇水下运动规律和操纵特点。     

潜射弹道导弹时潜艇运动仿真的数学模型

通过操纵潜艇使之满足水下发射弹道导弹时所需的条件,是影响导弹齐射时间间隔的重要因素.为了研究这一动态过程,需要对潜艇的运动过程进行仿真,而建立潜艇运动的数学模型是仿真的关键.潜射弹道导弹时潜艇要受到静力、艇体水动力以及复杂的激变力的作用.采用Gertler六自由度运动方程对潜艇的运动状态进行仿真时,需要充分收集潜射导弹试验数据,掌握潜艇的水动力系数和基本构造,在此基础上合理处理复杂激变力是建立潜艇运动仿真数学模型的关键.该文通过分析水下垂直发射弹道导弹阶段潜艇的受力情况,应用简化的Gertler六自由度运动方程建立潜艇空间运动的微分方程组,得到了用于潜艇运动仿真的数学模型.     

潜艇水下空间机动仿真与分析

目前，研究潜艇空间机动的运动特性、操纵控制方法和战术运用，已经成为提高潜艇的作战能力和生存能力急待解决的课题。该文介绍了潜艇平面运动操纵方程和空间运动仿真数学模型，并在此基础上编制仿真程序，对潜艇空间机动的三种操纵方式进行了分析比较；依据潜艇操纵性理论，通过对潜艇水下低速和高速空间机动仿真，对低速和高速时潜艇定常螺旋运动、定常潜浮运动进行了比较，并分析了航速对潜艇横倾的影响，得出了高速空间机动较低速空间机动的优缺点。     

潜艇水下破损潜坐海底操纵控制仿真研究

潜艇水下航行发生破损时,若海面情况不允许上浮,且海区水深和海区底质合适,应考虑操纵潜艇潜坐海底.以模型潜艇为研究对象,在潜艇垂直面非线性运动模型的基础上,结合舱室进水模型和高压气吹除主压载水舱模型,编制潜艇水下破损进水应急操纵仿真软件,对潜艇舱室临界破损面积进行了识别,分别对潜艇首部、中部和尾部舱室破损进水后的潜坐海底操纵进行仿真分析,明确了潜艇水下破损进水后进行潜坐海底时的运动特性和操纵规律,对提高潜艇生命力有重要意义.     

潜艇自操状态方程的建立及其非线性影响的分析

本文通过潜艇水下运动水动力的分析,建立了潜艇实用自动操纵状态方程;通过计算机实时仿真又得出了潜艇在垂直面内的运动状态方程可以是线性的;但水平面内的运动状态方程必须是非线性的。     

水下滑翔机的运动模型建立及仿真

水下滑翔机的水下运动是六自由度多姿态运动,建立空问动力学数学模型是为计算机仿真时对系统进行比较准确的描述和运动状态进行研究.另外在详细分析水下滑翔机姿态调节系统中的滑动质量块移动及重浮力调节系统中压舱载荷变化并在滑翔机本身运动耦合的基础上,经过合理的简化建立了六自由度的空问运动数学模型.最后对水下滑翔机的垂直面运动进行了仿真分析,仿真结果准确地反映了水下滑翔机的运动规律和操纵特点.     

潜艇操纵运动的舵效仿真研究

针对潜艇空间操纵运动数学模型的复杂性,运动方程中水动力系数难以全部取得以及方程解算难度大等问题,在不影响潜艇空间运动主要特性的前提下,通过理论分析和实操经验以及计算机仿真需要,从潜艇对称性和潜艇运动特性人手,对现有潜艇空间操纵运动模型进行了合理地简化和求解,并进行了计算机仿真验证.根据计算机仿真结果对潜艇舵效进行了研究分析,为通过控制潜艇方向舵角和首、尾升降舵角来联合操纵潜艇运动提供了良好的参考和依据.     

航速和力对潜艇垂直面运动影响仿真分析

针对潜艇垂直面受外力作用下的操纵运动响应,在潜艇垂直面线性操纵运动方程的基础上,对不同航速时潜艇在外力作用下运动特性进行了理论分析.进而以模型潜艇为研究对象,基于潜艇垂直面线性操纵运动方程进行数值仿真验证,分析了不同航速的潜艇在静力和升降舵舵力作用下的运动特性以及艏、艉升降舵的操纵特点.理论分析与仿真结果表明,航速以及外力在潜艇纵向上的作用点对潜艇的操纵特性有着重要的影响,作用在潜艇上的外力一定时,在不同的航速、不同的作用位置条件下潜艇会呈现出完全不同的运动规律.仿真结论对潜艇指挥员正确操纵指挥潜艇有一定的现实指导意义.     

潜艇动力抗沉运动仿真

为模拟潜艇水下运动规律使潜艇指挥员对艇的下沉和上浮、纵倾等运动特性,进行全面了解。利用数学模型对潜艇动力抗沉运动进行数字仿真,通过各种不同动力参数的计算得到不同运动结果曲线,并与实际测试结果进行比较。     

基于水声传感器网络的隐蔽协同攻击模式研究

水下作战＂网络化＂,是未来潜艇战发展的必然趋势。该文根据被动声纳方程,对比分析了水声传感器网络通信与直接水声通信两种通信方式的隐蔽性能,然后提出了一种基于水声传感器网络的水下隐蔽协同攻击模式,接着对该模式进行了效能分析,最后通过一个仿真实例显示这种攻击模式非常适合现代海战的特点。     

基于SIMULINK的某型潜射水雷水下弹道仿真研究

对某型潜射水雷水下无动力运动过程中雷体的受力情况进行了研究,结合海流扰动模型给出了其水下运动的数学模型,并利用可视化仿真软件构造了系统仿真模型,对多种初始条件的水下不同深度的弹道参数进行了研究,给出了仿真结果和分析。     

基于CUDA的三维数据场航路规划方法

针对数据量庞大、复杂的三维数据场环境下航路规划速度偏低的问题,提出一种基于统一计算设备架构（CUDA）的三维数据场航路规划方法。该方法以三维水下声场为威胁模型,水下航行的潜艇为背景,运用CUDA对大规模数据场环境下对航路进行规划,对可并行计算部分与CUDA进行计算,仿真结果证明该方法可以提高规划速率、优化初始航路。     

水下分散自重构系统设计

研究一种新的水下系统设计概念,水下分散自重构系统.该系统由数量不定的少数几类相似模块组 成,通过模块之间的连接和分离,可以实时改变系统构形.通过模块的协调变形,可以实现不同的运动方式.开发了 一个基本的样机系统,称为USS.USS目前只包括一类模块,可以实现2 种平面基本构形和2种空间基本构形.由于 具有浮力调节能力,可以通过平面构形实现海洋水体空间机动,以及海底和水下结构物中的运动.     

基于扩展卡尔曼滤波的潜艇破损进水估计研究

研究潜艇水下撞击破损后进水位置和水量优化估计问题,当潜艇因碰撞和触雷等破损进水时,准确的获取潜艇水下破损进水时的进水量和进水位置信息,对潜艇指挥员采取及时有效地抗沉手段具有重要的现实指导意义。由于进水后形成较大的系统干扰,造成信息不稳定。为解决上述问题,提出采用滤波器将潜艇水下破损进水后产生的干扰力和干扰力矩定义为潜艇垂直面运动系统的扩展状态变量,用扩展卡尔曼滤波对潜艇破损后的进水量和进水位置进行状态估计识别。仿真结果表明,改进方法能够较为精确地估计出潜艇水下破损时的进水量和进水位置,对潜艇指挥员在潜艇水下破损情况的指挥决策具有重要的参考价值。     

分形布朗运动在水下地形模拟中的应用

由于水下地形的高程数据获取困难,如何运用少量的数据生成真实感强、精度高的地形模型是值得研究的问题。运用分形布朗运动（fBm）模型得到水下地形的分形特征参数,结合随机中点位移内插算法,通过Matlab编程实现了三维水下地形的模拟。以长江口深水航道为例,讨论了其运用fBm的可行性,模拟生成了三维航道地形,并与 ArcGIS自带的插值方法进行比较,采用等深线重构法对插值结果进行精度分析。比较结果显示,基于fBm模型模拟得到的地形具有丰富的地表细节,反映了地形的复杂性和不规则性,具有很好的可视化效果,同时能保证较好的精度。     

带翼水下机器人运动控制的动力学建模

根据水下机器人运动的一般方程,分析了其所受线性和非线性水动力的影响,进而推导出水下机器人控制系统的运动方程．讨论了螺旋桨和舵、翼的推力解算方法和整个系统的动力学响应过程．为分析控制系统的物理学特性提供了理论依据．