矢量喷水推进两栖车航行姿态的数值及试验分析

为提高高速水陆两栖车的航行稳定性,降低两栖车遭遇波浪时的纵倾幅度,区别于多推进器构型策略,设计具备航向保持和姿态调整功能的单矢量喷水推进器系统应用于模型两栖车。基于多参考系的动参考系方法处理旋转流域,采用SST k-ω模型计算矢量喷水推进器的输出推力。结合CFD计算的推力结果,联合Vortex仿真计算装配有矢量喷水推进器的两栖车的航行特性。通过开展拖拽水池两栖车强制自航减摇试验和自由自航航向保持试验,验证矢量喷水推进器的功能。仿真和试验结果表明：矢量喷水推进器在一定程度上抑制两栖车在航行时遭遇纵波时的纵摇幅度,两次减摇试验车体纵倾角标准差分别降低38%、23%;同时矢量喷水推进器可使两栖车在水上航行时保持航向稳定,航向保持试验中车体横向位移小于0.6 m。     

水陆车辆喷水推进器流场流速和含气量的实车测试技术

针对水陆车辆喷水推进器流场流速和含气量的实车测试难题,研究测试方法并研制传感器。分析问题的主要原因,根据流体力学理论,提出在喷水推进器喷口实施测试方案,并研制探针式流速和含气量传感器、压阻式流速传感器、电极板式含气量传感器。测试结果表明:该技术能解决由于车辆强烈的振动、喷水推进器周围空间狭小、测试时不能破坏喷水推进器的流场从而导致现有的流速测试传感器或仪器无法使用的难题,设计的水陆车辆喷水推进器流场流速和含气量的实车测试技术方案在某水陆车上实施,测试精度能达到满意的效果。     

启事

喷水推进是利用向船后喷射水流的反作用力使船前进的一种船舶推进方式。它的转向机构可以沿用传统螺旋浆推进舰船的船舵系统，即利用偏转的舵面与水流作用，产生一个与舰船航向垂直的力矩，推动舰船转向；也可以采用喷水推进系统特有的转向机构——推力矢量转向。推力矢量转向系统通过采用特殊的可偏转的尾喷管，使得喷射的水流可在一定角度内偏转，从而将喷水推进力的一部分变成操纵力。推力矢量转向系统省去了外露的舵面，可使舰船的航行阻力降低，结构更趋于简单，此外，推力矢量转向系统的效率也较高，尤其是在舰船低速航行时的转向效率明显优于船舵系统。     

两栖车辆在波浪中航行时的摇荡分析及解决方法

基于船舶的耐波性理论,对两栖车在波浪中航行的摇荡问题进行了研究。选取5种两栖装甲车辆进行分析。通过试验和计算得到其横摇、纵摇及垂荡的固有周期和阻尼系数,进而对其3种摇荡的微分方程进行求解。通过计算结果,分析在不同蒲福风级下的3种典型摇荡,提出了所选取的5种车辆在波浪中航行时避免产生剧烈摇荡的方法及在使用中的可行性建议。     

水下航行器动力定位系统推力器逻辑分配

简要介绍了水下航行器的动力定位系统主要组成部分的控制结构,讨论了水下航行器动力定位系统中推进器系统侧推力和力矩的多种情况,并对推进器进行了逻辑分配,绘出逻辑分配程序图.     

泵喷推进航行体有动力流场数值仿真

为实现对泵喷推进航行体有动力流场的数值模拟,基于多参考系模型(MRF)建立了有动力流场模型;利用Fluent软件求解以k-εRNG湍流模型封闭的RANS方程实现流场的数值仿真;在用试验数据对仿真结果验证基础上,分析了泵喷推进器对航行体水动力参数的影响规律,结果表明文中所研究的泵喷推进器使航行体在10m/s航速下的阻力系数增大约47%,对垂向力系数和俯仰力矩系数影响小于3%。所建立的数值仿真方法及结果可为航行体水动力特性研究提供重要参考。     

防浪板对排水型两栖车辆水动力学的影响研究

防浪板是影响两栖车辆整车水上性能重要部件之一,为了研究防浪板对排水型两栖车辆水动力学的影响,建立了排水型两栖车辆流体力学计算模型。针对防浪板的形状、大小以及与车体的相对位置变化进行整车航行动力学仿真,综合分析了防浪板对整车航行阻力、升力以及纵向俯仰力矩的影响,并与试验数据进行了对比。研究结果表明：在形状方面,分段平板式防浪板具有弧形与平板式各自优点,是较佳的工程结构;在宽度上,随着宽度增加,阻力和升力变化不大,纵向恢复力矩增加较多,超过一定宽度后阻力急剧增加;在与车体相对距离方面,随着距离的增加,航行阻力增加,升力下降,纵向恢复力矩增幅较大;在防浪板与车体底平面夹角上,随着角度的增加,整车阻力和升力变化不大,但纵向恢复力矩增加显著。     

前后叶轮匹配对双级轴流式喷水推进器性能的影响

基于喷水推进理论,提出了一种基于数据库的推进系统设计分析方法,分析了喷水推进器中采用双级轴流泵时,前后叶轮的不同比转速搭配方式对推进系统的推力、推进效率的影响.针对数据库中现有的水力模型,对模型的所有排列方式进行计算,得到在两级轴流泵中首级采用高比转速的叶轮可以提高喷水推进器的推力和推进效率.     

双车厢两栖车静水直航下的水动力性能研究

近年来开发了双车厢的水陆两栖车以提高其运载能力。研究基于某型号双车厢水陆两栖车的实尺度模型,采用计算流体力学方法和重叠网格技术建立多体运动的数值仿真模型,双车厢之间采用具有3自由度的球形铰接点进行连接。计算双车厢两栖车在静水中运动的水动力性能,分析前后车体的阻力、纵摇、垂荡运动性能以及球铰连接对车体的影响。研究结果表明：数值计算与拖曳水池试验的总阻力结果基本一致;基于可实现的k-ε湍流模型和多体重叠网格技术,可以很好地实现对双车厢两栖车水动力性能的数值预报;静水直航工况下两栖车的纵倾角度保持在1°以内,纵摇性能优良。     

两栖车辆喷水推进系统主参数的确定方法

提出了一种新的确定喷水推进系统主参数的方法。根据两栖车辆设计点的车速、喷水推进系统输入功率、进口损失系数、喷口损失系数以及水流提升高度,求出喷水推进系统在设计点的最佳喷速比、最大系统效率、最佳扬程、最佳流量。     

全附体潜航器螺旋桨桨叶损伤故障辨识机理

全附体潜航器智能故障诊断需要以完善的故障数据集为基础,而有些工况下典型故障数据很难获得,可通过数值仿真得到。基于流体基本原理,求解三维非定常雷诺平均Navier-Stokes方程和湍流封闭方程,获得均匀来流条件下桨叶损伤对全附体潜航器扰动流场与力矩波动的影响。结合场强分析归纳出桨叶损伤特征与其流场演化、流体动力学特征之间的耦合作用机理。结果表明：相对于黏性力压差力的影响起主导作用,压力矩的波动可以分为低频大幅度振荡和高频小幅度振荡,前者频率取决于尾涡脱体频率,后者频率则与螺旋桨转动频率一致;桨叶推力的偏心位置决定了压力矩系数平衡线相对零位置的偏移量,而俯仰和偏航力矩的相位差则反映了桨叶的对称性,相位差越小、桨叶的对称性越强;结合黏性力矩的变化,可以推测出桨叶损伤类型;所得研究成果可为下一阶段实现潜航器姿态的在线监控以及智能故障诊断奠定理论基础。     

8×8分布式电驱动装甲车辆稳定性直接横摆力矩与转矩矢量控制

为提高车辆的行驶稳定性,发挥轮毂电机驱动的优势,提出一种8×8分布式电驱动轮式装甲车辆直接横摆力矩与转矩矢量控制方法。建立车辆的线性二自由度模型,求得期望横摆角速度和质心侧偏角。设计一种分层控制器：上层控制器为协调横摆角速度和质心侧偏角,采用滑模控制对两个变量的控制输出分别进行计算,并设计加权函数,得到横摆力矩输出;下层控制器将8个车 轮按轴分为4组矢量,根据横摆力矩和纵向力需求,按照转矩矢量合成的方法得到各轮转矩。实时仿真实验结果表明,该控制方法能合理分配车轮转矩,有效控制横摆角速度,提高车辆的行驶稳定性。     

电驱动车辆动力学综合控制目标优化研究

以协调车辆各类动力学特性为目标,通过研究双重转向、机动性和稳定性的控制参数,设计了基于模糊逻辑的控制目标融合算法,得到了全车速工况动力学控制目标.在此基础上,利用15自由度车辆模型,针对不同路面附着系数、不同转向操作、不同车速工况条件,对控制目标的实际效果进行仿真研究.结果表明,所设计的控制目标能够反映车辆不同车速下的动力学需求,对改善车辆动力学特性有明显效果.     

基于姿态反馈实现过载跟踪的飞行器控制方法

针对依靠气动力提供控制力和控制力矩的飞行器,在构建俯仰-偏航通道非线性数学模型的基础上,提出一种兼顾机动能力和姿态稳定性能的飞行器控制系统设计方法。基于飞行器过载与姿态的等效转换,将制导律计算的过载指令转化为姿态角指令,进而通过以姿态角反馈为主、过载补偿为辅的控制系统设计实现对过载指令的精确跟踪。通过频域相对稳定性分析,验证该方法的稳定性;通过飞行器6自由度仿真,验证该方法在各项随机误差下既能够实现制导对过载的跟踪要求,又达到对飞行器姿态进行鲁棒稳定控制的目的。研究结果表明,该方法简单可靠,具有良好的动态特性和很强的鲁棒性,已得到工程应用验证。     

分布式电驱动车辆极限越野环境下高速避障与稳定性控制

为提高分布式电驱动车辆在极限越野环境下的高速避障能力和操纵稳定性,提出一种充分考虑车辆过弯姿态反馈的分层协调横向稳定性控制方法。上层控制器将多模型在线建模算法与非线性模型预测控制理论相结合,构建一种基于数据驱动多模型预测控制的横摆、侧倾运动协调控制器。由于车辆不同的横向失稳状态下最优控制中心是时变的,细化并重构一种双层融合型横摆运动动力学模型。考虑到越野工况存在时变道路曲率和侧向坡度,建立零力矩点侧倾失稳判断模型,在横摆稳定性控制基础上引入侧倾稳定性控制约束。下层控制器结合各轮胎滑动率和垂直载荷转移量,采用二次规划求解算法将融合型期望横摆力矩转化为各轮最优驱动转矩。搭建MATLAB/Simulink软件和Carsim软件联合仿真平台,进行仿真实验验证。结果表明,该分层协调控制策略可充分发挥分布式电驱动车辆在极限越野工况下的高机动转向性能,具有较强的车身姿态修正能力,可以提高车辆的路径保持精度和过弯横向稳定性。     

空空导弹推力矢量模糊变结构控制

提出了一种适用于空空导弹带推力矢量的模糊变结构控制,推力矢量控制的引入可明显提高导弹的机动性和敏捷性,所设计的变结构控制律由线性控制和非纡性控制两部分组成,这样可通过气动舵面和推力矢量控制机构来实现,考虑到导弹在进行超机动飞行时,气动参数变化剧烈并且难以估计,因而在控制律中引入了模糊控制规则采增强系统的气动参数变化的适应性和鲁棒性,同时还有效减弱了一般变结构控制系统的抖颤问题,数字仿真表明了其有效     

高转速载体惯性测量组合研究

针对目前陀螺仪量程有限,无法用于高转速载体轴向角速度测量的缺点,提出了3种利用加速度计的杆臂效应来解算轴向角速度的方案,用双轴陀螺仪来测量俯仰和偏航方向角速度的惯性测量组合方案.根据函数随机误差公式,给出了载体质心处线加速度和轴向角速度误差传递公式,有利于惯性系统传感器的选择及系统的组建.仿真表明这3种方案在目前陀螺量程还达不到要求的情况下可以用来测量高转速载体姿态,应优先采用方案二,即惯性系统的惯性测量组件由4个加速度计和1个双轴陀螺组成.