推进噪声测试系统

据“美国水下战中心网”报道，推进噪声测试系统(PNTS)(见封2彩图)是目前世界上唯一的陆基水下航行体辐射噪声测试系统．它所能测试的噪声不包括推进器噪声和流体噪声。该系统不仅可以测量水下航行体内部和外部辐射噪声，而且可以实时监控相应的测试状态。该陆基测试系统比水下外场测试成本低，并可提供的数据量更大，数据可信度更高。     

信息动态

推进噪声测试系统据“美国水下战中心网”报道,推进噪声测试系统(PNTS) (见封 2彩图 )是目前世界上唯一的陆基水下航行体辐射噪声测试系统,它所能测试的噪声不包括推进器噪声和流体噪声。该系统不仅可以测量水下航行体内部和外部辐射噪声,而且可以实时监控相应的测试状态。该陆     

基于无迹卡尔曼滤波的超空泡航行体最优控制研究

针对超空泡航行体运动过程中环境噪声和测量噪声带来的不利影响,提出一种基于无迹卡尔曼滤波器（UKF）的最优控制算法。通过超空泡航行体动力学建模,建立含有环境噪声和测量噪声的状态方程,分别在无滤波器和含有UKF情况下的最优控制器进行了仿真分析。研究结果表明：在环境噪声和测量噪声干扰下,超空泡航行体跟踪误差较大,运动极其不稳定,处于失稳状态;在UKF作用下,超空泡航行体跟踪误差明显减小,在较短时间内达到全包裹状态,有较好的信号处理效果。     

超空泡航行体鲁棒H∞控制研究

超空泡航行体的独特航行环境决定它是一个具有运动学耦合、惯性耦合、控制作用耦合、系统参数不确定性特点的多变量系统。针对超空泡航行体的上述特点，文中开展了对超空泡航行体控制系统的鲁棒控制方法的研究。在超空泡航行体的纵平面内数学模型的基础上，设计了超空泡航行体运动的鲁棒H∞／加权混合灵敏度控制器，并在Matlab／Simulink环境下进行了仿真，仿真结果验证了该鲁棒控制器对超空泡航行体运动控制的有效性和鲁棒性。     

基于AML的水下航行体战斗部总体设计集成系统

如何高效率设计水下航行体战斗部总体,并分析、优化其性能对水下航行体总体设计至关重要,采用AML概念化设计平台开发水下航行体战斗部总体设计系统是一种有效的途径,它将多种CAD/CAE及仿真软件显示集成在一个统一的界面环境中,通过信息获取和知识关联来实现设计和分析的自动化,可以快速评估设计方案及确定总体设计参数,提高设计效率,并可有效推广至其他复杂系统项目设计中。     

特提斯(Tethys)远程自主水下航行体的有效推进方式

Tethys AUV重110 kg,其航程大,续航能力强。其性能指标:搭载设备消耗功率为8 W时,以1 m/s速度可航行1000 km;消耗功率1 W时,以0.5 m/s速度可航行4000 km。要达到这个性能,需将阻力降到最低,并将推进效率提高至最大。介绍了推进系统的设计,探讨了螺旋桨和航行体之间的相互作用,并阐述了能耗和推进效率的初步测试结果。近期的实验中,在系柱拖力测试中和航行体航行期间测量推进系统的功耗,结果表明,能耗和推进效率的测试结果与理论预测结果很接近。     

一种水下航行体支撑轴承的损伤特征提取方法

降低水下航行体中机械噪声是解决整机减振降噪的关键问题。轴承作为水下航行体的重要支撑单元,探讨了轴承发生损伤与水下航行体振动噪声过大的关系,因此应提取损伤特征以便及时发现轴承损伤控制振动噪声。研究了基于EEMD和MED联合的特征提取方法,并将其应用到水下航行体的支撑轴承机械振动信号中,该方法能克服传统的MED对高噪声、谐波干扰情况下特征提取存在冲击特征难以提取的困难。首先通过EEMD分解和峭度阈值方法对原始信号进行消噪,然后利用MED方法对消噪后信号进行滤波,最后对滤波后信号进行包络谱分析判断出损伤类型。     

水下火箭发动机噪声测试与分析

以火箭发动机为动力的水下高速航行体在水下有重要的应用,通过水下火箭发动机噪声机理分析,提出了一种水下火箭发动机噪声测量方法,分析了测量误差的影响因素。通过海上试验实际测量,获得了水下火箭发动机工作时的真实噪声数据,进行了数据分析,提取并归纳了水下火箭发动机噪声的特征和特点。     

用于水下航行体的电磁舵机控制系统设计与磁路计算

研究的电磁舵机主要用于水下航行体的姿态控制,介绍了舵机的结构、原理、控制电路的设计,对舵机的工作电流与吸合力进行了计算,同时组建测试系统进行了测试,测试结果与计算结果基本一致,设计方案和磁路计算可用于舵机性能的优化与分析。     

水下航行体俯仰运动微气泡流形态及减阻特性试验研究

为研究水下航行体俯仰运动过程中,微气泡流形态及减阻特性的变化规律,采用自主设计的驱动装置、高速摄像系统和测力系统,在水洞中开展水下航行体俯仰运动微气泡减阻特性试验研究。基于该驱动装置,实现了航行体模型以正弦变化规律的角速度绕其头部转动;基于高速摄像系统,分析了微气泡流形态变化特性;基于测力系统,分析了俯仰运动过程中水下航行体流体动力特性及不同通气量下微气泡减阻特性变化规律。试验结果表明：较低通气量下,在水下航行体俯仰运动过程中,离散的微气泡始终均匀分布在航行体表面;随着通气量的增加,微气泡流密度逐渐增加,透明度逐渐降低,并最终融合成透明空泡;航行体俯仰运动过程中,其航行体轴向力系数和法向力系数基本呈正弦变化规律,且其周期与攻角变化周期基本同步;不同通气量下航行体轴向力系数的变化规律基本相同,均呈正弦变化规律,且随着通气量的增加,相同姿态下的航行体轴向力系数逐渐减低,并最终趋于恒定。     

水下航行体两种整流艉附体的数值模拟

为降低水下航行体噪声,研究两种整流艉附体。分析水下航行体艉翼接合部马蹄涡影响螺旋桨伴流场的特征,认为马蹄涡对水下航行体噪声产生了不利影响。针对给定无人水下航行体(UUV)设计艉翼过渡和消涡整流片两种艉附体,运用CFD方法对应用两种艉附体的UUV流场进行数值模拟,结果显示两种艉附体对螺旋桨伴流场具有良好的改进效果。     

主动声自导方式下鱼雷航行自噪声测量技术探讨

由于混响因素的影响使得主动声自导方式下鱼雷对航行自噪声的获取十分困难,使得准确测量鱼雷自噪声成为困扰鱼雷自导系统的难题之一。针对此,文章提出一种主动声自导带着混响测量鱼雷航行自噪声的测量方法,详细介绍了该方法的原理并进行了计算,通过自噪声测量方法示例,证明了其可行性。试验证明,该方法灵活、机动,既可以测量换能器单元所接收到的噪声,也可以测量波束输出的束内噪声,并可做到实时、实地、实雷测量,降低了成本,提高了效益,为准确测量鱼雷航行自噪声提供了新的技术途径。     

半潜式航行体拖曳系统收放过程动态响应

在半潜式航行体拖曳系统收放拖体过程中,半潜式航行体、拖缆及拖体之间的相互作用使半潜式航行体难以保证稳定准确的航速与姿态,导致水下拖缆或拖体偏离,将严重影响整个系统的安全。以加拿大遥控猎雷系统中的"海豚"半潜式航行体及水下拖曳系统为原型,分别建立半潜式航行体、拖缆及拖体的运动方程组,通过拖缆边界条件将半潜式航行体及拖体耦合,研究不同缆长收放拖体时系统的动态响应,对半潜式航行体及拖体的姿态控制及水下拖曳系统收放装置的设计提供参考。     

振动声窄带信号采集与分析

水下航行体的振动、声信号采集处理是分析水下航行体振动噪声情况的重要过程,很多情况下采集分析的振动噪声信号为高频窄带信号。实航时采集记录设备采用同步实时有限数据采集记录速率的采集记录仪,利用Nyquist 定理的常规信号采集方法要求高频数据抽样将导致大量的数据存储和处理,增加了采集分析软硬件的成本。根据振动声高频窄带信号的特征,本文介绍了振动噪声高频窄带信号采集方法,信号复原及处理过程。通过对振动噪声实测数据进行处理分析,结果表明,当高频窄带信号采集前的带通滤波器的滤波效果不低于50 dB时,利用本文所介绍的振动噪声高频窄带信号采集方法可完全恢复振动噪声高频信号的信息,且数据采样频率可至少降低4倍。     

基于不同湍流模型的水下航行体圆柱结构流动特性数值模拟

为提高水下航行体的隐身性能,探究不同湍流模型对水下航行体圆柱结构水动力数值模拟的影响。基于OpenFOAM开源计算流体力学工具包,进行水下航行体圆柱结构的数值模拟。开发3种混合湍流模型嵌入OpenFOAM工具包,3种模型分别为尺度自适应模拟方法、部分平均N-S方程方法和改进的延迟分离涡方法。基于开发的3种模型进行数值计算仿真,得到水下航行体典型圆柱结构的绕流场分布以及受力特征。研究结果表明：湍流模型的选取对于水下航行体水动力模拟有着显著影响,所得结果对后续探究水下航行体辐射噪声的研究具有指导意义。     

浅水区串联航行体超空泡流动特性研究

为了研究浅水区串联航行体超空泡流动特性,采用VOF多相流模型建立了空气、水、水蒸气的混合相的连续性方程和动量方程,对串联航行体在浅水区形成的超空泡流场进行了数值模拟,研究了水深和航行体间距对超空泡流动的影响。研究结果表明:前后串联航行体在运动过程中均会形成超空泡,且空泡的初始形态、轮廓近似,并在自由面激起先导波浪; 在浅水区,会有上方空气卷入超空泡内,但是随着水深的增加,上方空气不再卷入空泡内; 随着航行体间距的增大,充分发展阶段的超空泡轮廓变得越加平缓,当间距大于5倍的航行体长度时,不同间距下的串联航行体超空泡轮廓无明显差异。     

基于声卡的噪声仿真系统设计与实现

针对运载火箭地面综合试验中噪声参数测试精细化不足的问题,提出一种基于声卡的低成本噪声仿真系统设计方法.基于声卡的工作原理及性能指标,分析了利用声卡模拟噪声环境的可行性.采用虚拟仪器技术,设计了系统的硬件架构,并在LabVIEW平台下完成了噪声仿真软件的开发.测试结果表明:噪声仿真系统模拟发出的噪声信号与传感器所敏感到的噪声信号一致,工作性能稳定.该系统具有成本低、通用性强、操作简单等优点,目前已成功应用于运载火箭遥测系统综合试验的噪声参数测试.     

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。     

水下航行体半实物仿真测试系统的设计与实现

针对自主式水下航行体研制过程需通过高精度半实物仿真系统进行多项动静态性能的考察,提出了一种由实时计算平台、非实时计算平台和信号模拟设备组成的半实物仿真测试系统的设计,并分别从硬件平台的搭建和软件的设计工作进行了介绍,完成了VeriStand总控软件中Custom Device和Simulink仿真模型的设计工作。在分析了水下航行体半实物仿真原理后给出了一个应用实例与试验结果,目前该平台已经应用在某型水下航行体的研制生产过程中,满足仿真实时性的要求。     

海浪环境对航行体出水特性影响研究

海浪环境对航行体出水过程具有较大影响,是当前流体动力研究的热点问题.通过分析国内外海浪环境及其对出水航行体特性的影响,介绍了海浪环境相关研究成果,而后从理论分析、数值仿真、水下控制等方面总结了海浪对航行体出水特性影响的计算方法,并对后续发展和研究方向进行了讨论.