自主水下航行器软着底的可变浮力系统建模

在近海环境工作的航行器需要耗费大量的能量维持其位置,有限空间中的能量限制制约了航行器的任务能力和服役时间。为此,我们构想了一种具有自适应压载的坐底工作、且能实现软着陆的航行器。通过优化自定位方式和坐底工作,这种自主水下航行器能在休眠模式下保持运动传感器工作,通过这种方式来节约能量。文章陈述了用于自主水下航行器(AUV)的可变浮力系统(VBS)的模型,我们将探究系统设计以及在航行器设计中整合本系统和行为模式的可行性。     

自主式水下航行器载荷水下浮力解脱分离方法

携带正浮力载荷的自主式水下航行器( AUV)是由正浮力载荷和运载体组成的一个多体系统,在载荷释放时必须保证载荷不能与运载体发生碰撞。在研究AUV载荷分离运动数学模型的基础上,结合工程实际,提出载荷浮力解脱分离方法。仿真结果验证了在该浮力解脱分离方法下,载荷可以安全分离,且分离运动简单。该方法在工程上比较容易实现,具有工程参考价值。     

水下驻留航行器锚泊线静力特性分析

为完成水下驻留航行器锚泊机构段的设计工作,首先需要应用锚泊线静力特性分析方法完成锚泊线选型设计。建立了锚泊线稳态运动控制方程,在分析锚泊线弹性模量、密度与阻力系数等参数对稳态锚泊姿态及张力分布影响的基础上选定锚泊线材料。另外,针对水下驻留航行器两种极限锚泊姿态工况,模拟仿真了锚泊线悬链部分长度、锚泊深度以及航行器负浮力之间的关系。综合考虑这2种极限状态合理选取锚泊线长度与航行器负浮力,保证驻留系统安全性,避免发生走锚、触底现象的同时,尽可能减少锚泊机构段空间尺寸。     

自主水下航行器回旋运动总体参数敏感性分析

为研究总体参数变化对自主水下航行器回旋运动稳定性的影响,针对水下航行器回旋运动总体参数的敏感性进行分析。在建立水下航行器六自由度空间运动方程的基础上,运用MATLAB/Simulink模块对水下航行器的空间回旋状态进行了数值仿真,得到了水下航行器空间回旋运动的规律。对各总体参数,如浮力、重心浮心距、重心下移量、重心侧移量变化对水下航行器的回旋速度、回旋角速度、回旋深度、回旋空间运动等回旋特性的影响进行了数值计算及分析,结果表明:浮力变化对水下航行器运动特性影响不大,重心浮心距变化会使俯仰角发生变化,重心下移量增大会提高水下航行器运行的稳定性,而重心侧移量增大则会降低其稳定性。     

基于Kane方法的波浪驱动水下航行器动力学模型建立

基于多体系统动力学理论,定义并选取适当的坐标系和广义坐标,对波浪驱动水下航行器多体系统进行运动学分析,得到各部分的速度和加速度;基于Kane方法进行动力学分析,计算各部分的偏速度和偏角速度,进而求得系统的广义主动力和广义惯性力。将系统的广义惯性力和广义主动力代入Kane方程中,得到波浪驱动水下航行器多体系统动力学模型。在受力分析中,不仅考虑了惯性力、惯性力矩、重力和浮力以及流体动力,还重点分析了波浪力和多体系统的附加质量力。对波浪驱动水下航行器进行了运动仿真,仿真结果显示航行器航行稳定,所建立的模型是有效的。     

大水深垂直发射航行器水弹道稳定性分析

为使航行器在水下运动姿态及轨迹不偏离理论弹道,对大水深自浮式垂直发射航行器弹道稳定性进行研究。结合水下发射航行器运动稳定性理论分析方法,对其进行稳定性数值仿真分析,针对浮力项在航行器自浮式垂直发射过程中对弹道稳定性所起的作用,研究航行器浮心位置对水弹道稳定性的影响。结果表明：对于静不稳定的航行器,浮心位置设计必须在质心前,并满足浮力矩可以抵抗定常流体力矩干扰才能满足航行器的稳定性要求。该研究为航行器流体结构布局设计和水弹道稳定性设计奠定了基础。     

遥控多使命航行器(RMMV)的濒海作战应用

介绍了遥控多使命航行器(RMMV)的发展概况及其在濒海作战中的应用。遥控多使命航行器(RMMV)是在遥控猎雷系统(RMS)的基础上演变而来的,之后将此类航行器从专用的猎雷功能扩展到濒海作战的其它领域,例如反潜等。     

重力驱动水下滑翔机调控系统设计与仿真

水下滑翔机是一种依靠重浮力驱动的自主无人水下航行器。为了研究水下滑翔机运动参数与控制变量的关系,首先对重力驱动式水下滑翔机进行了总体分析,设计了重浮力调节机构和重心调节机构。为了获得水下滑翔机调控系统的具体调节参数,对重浮力调节装置安装在艏部的水下滑翔机进行了受力分析,根据Newton-Euler方法建立了水下滑翔机的运动学方程,利用Matlab软件进行仿真计算,得出了定常运动状态下攻角、俯仰角和速度随着重物块移动距离增大或净浮力质量增加而单调递增,净浮力质量一定时,水平速度存在极值。最后,基于能获得最大水平速度考虑,确定了重心调节装置和重浮力调节装置的参数。     

自主水下航行器

无人驾驶水下航行器(UUV)可分为两大类:遥控水下航行器(ROV)和自主水下航行器(AUV).这两种水下航行器在其技术方案和操作使用方面有很大的不同.下面主要介绍自主水下航行器.……     

一种低成本的UUV——HXY-1型潜航器

从海洋开发和海军建设出发，介绍了一种正在研发的低成本小型潜航器，这种小型潜航器的航行、下潜和上浮全部借助海流能量和浮力作用，隐蔽性好，不消耗电池能量。而锂电池组的能量主要用于传感器的探测、通信设备联络和电脑运行，偶尔用于泵、舵、电池移动等。一次充电一般可以维持潜航器航行几个月，航程达几千里。     

新一代无人水面航行器可承担多种多样的使命

无人水面航行器是由可协助舰员离开雷区的遥控非接触扫雷系统发展起来的。新一代无人水面航行器自主能力的不断提高,可使其适用于多种不同的使命,例如情报监视与侦察(ISR)、反潜战(ASW)、反水面舰艇战(ASuW)、海上安全以及通信中继等,使海军筹划者深知无人平台在未来的网络海上战场提供的长期潜力的使命。详细介绍了英美和以色列等国新一代无人水面航行器的发展现状。     

水下滑翔机研究进展及关键技术

水下滑翔机是一种无外挂推进系统、通过内置执行机构调整重心位置和净浮力来控制其运动的新型水下航行器,主要用于长时间、大范围的海洋环境监测.该文概述了水下滑翔机的概念、特点和主要功能,介绍了水下滑翔机的国内外研究成果及现状,探讨了目前发展水下滑翔机需攻克的关键技术,主要包括水下滑翔机重心调节机构设计、浮力变化量的精确控制、水下滑翔机水动力研究以及低功耗设计,最后展望了水下滑翔机的未来发展趋势.     

水下超空泡航行器巡航段稳定控制

为研究水下超空泡航行器巡航段稳定控制,保证弹道的可靠性,提出了对超空泡航行器的纵平面、水平面和横滚进行稳定控制.从超空泡航行器流体动力产生的机理出发,提出了一种适应于稳定控制的流体动力布局,建立了航行器空间运动模型,采用空化器首舵对航行器巡航段进行控制,利用极限操舵的控制模式降低了三通道之间的耦合.针对超空泡航行器稳定控制进行了系统动态特性仿真.仿真结果表明弹道航向稳定、深度偏差小、横滚振荡幅度可控;航行器运动参数可迅速达到期望值,过滤过程和稳定性满足系统要求,鲁棒性强.     

BP神经网络在水下航行器深度控制中的应用

文中将BP神经网络应用于水下航行器的深度控制系统中,为水下航行器的航行提供参考深度,从而使深度控制系统控制航行器在水下一定的深度上稳定航行,并能根据指令自动变换航行深度.仿真结果表明了该方法的有效性.     

水下自主航行器半实物仿真系统设计与实现

为了加快某新型水下自主航行器的研制,针对其特点完成了水下航行器半实物仿真系统的设计与实现。概括了半实物仿真系统研制过程,介绍了系统的工作原理和总体设计方案,提出了硬件和软件设计方法,完成了水下航行器半实物仿真系统的工程实现。结果表明半实物仿真系统具有实时性强、仿真精度高、结构紧凑、功能完备的特点。半实物仿真系统对优化水下航行器系统设计、改进制导性能、提升作战效能有着重要的实用价值。     

基于DSP的水下航行器航行控制系统设计与实现

针对某水下航行器航行控制系统的开发需求,给出一种基于DSP的航行控制系统设计方案。介绍了系统硬件电路设计,提出一种在CPLD中共用数据总线的控制方法,阐述了双平面航行弹道控制策略软件设计流程。湖上系统航行控制试验数据表明了水下航行器航行控制系统设计的可行性和有效性。     

基于EASY5的AUV热动力系统建模与仿真

在实现水下航行器的智能化,优化弹道,提高技战性能等方面,水下航行器热动力装置采用闭环控制相对于开环控制具有明显的优势。该文以新型多速制燃料流量闭环控制水下航行器热动力系统为原型,研究了基于EASY5的水下航行器热动力系统建模与仿真,建立了仿真对象的数学模型和规范的模块化仿真模型,进行了水下航行器热动力系统设计工况（稳态）、启动过程及变工况的实时仿真。通过将仿真结果与水下航行器台架试验数据进行对比分析,结果表明,所建立的模型较为完整、准确,仿真运行可靠,研究成果满足工程需求。     

用于多波束、浅底和侧扫等科学任务的DORADO测绘航行器的开发

对于绝大部分海洋科学希望测量的参数来说,由于缺乏时空分辨率,所以海洋科学的发展总是受到阻碍。作为蒙特里湾水族馆研究所(MBARI:Monterey Bay Aquarium Research Institute)协议的一部分,论述了我们在提高海底测绘现状方面所做出的工作。MBARI科学家和技术人员研发出一种新的多波束测绘的自主水下航行器系统(AUV)。研究中咨询了其他科研团体的意见。该系统旨在减少解决海底特定区域探测的科学研究中所遇到的一些技术障碍。以原有的Dorado AUV技术为基础,MBARI工程师将这个AUV系统改进成为一个能在海洋全深度探测的作业型多波束测绘系统(MBAUV)。MBAUV能够为海洋科学提供常规的多波束水深测量、浅底和旁扫勘测。MBAUV是一种形状像鱼雷、6000m级的航行器,能够同时控制上述声呐。MBAUV的续航力大约为以3 kn的速度航行8h,增加一个附加电池之后能以3 kn的速度持续航行16 h。介绍了MBAUV的基础,以及为了支持多波束测量任务,我们对Dorado AUV所做的设计权衡和改动。还从一系列为了显示MBAUV不同子系统的特性及获得科学的数据质量而进行的演示论证数据中,抽出了一些数据结果进行了介绍。     

基于Jacobi几何向量的多AUV编队控制方法

研究了多自主水下航行器（MAUV）系统的水平面动力学建模和系统编队控制问题。从单个自主水下航行器的动力学和运动学模型出发,通过引入Jacobi几何向量建立了MAUV系统的水平面动力学模型;结合典型水下航行器全方位智能导器（ODIN）的流体动力参数,将系统模型解耦为3个线性子系统——编队队形、编队运动（即编队中心点的运动）及航行器转向子系统,并采用线性状态反馈法设计了运动控制器和转向控制器。仿真结果表明,该算法可以控制MAUV系统在保持编队队形的基础上跟踪已知路径。     

基于Matlab/Simulink的水下航行器建模与仿真

为便于对水下航行器的运动弹道和运动控制进行计算机仿真,建立一种基于Matlab/Simulink的水下航行器模型。利用矢量化建模方法,给出水下航行器6自由度空间运动数学模型,详细论述Simulink建模过程和S函数的实现方法,并应用所建立的Simulink模型,对水下航行器的开环运动、操纵性以及闭环运动控制相关问题进行仿真。仿真结果表明,该系统符合水下航行器的实际运动规律。