一种水下航行器轨迹发生器的设计与仿真

为了减少水下航行器（AUV）导航系统算法开发过程中跑车试验及半实物仿真等所耗费的资金和时间,提出一种水下航行器轨迹发生器的设计方法。利用所给出的轨迹微分方程,反推得出生成轨迹参数公式和惯性信息公式,同时给出水下航行器在直航、转弯和爬潜等常见的运动状态下轨迹发生器的具体输入,并将生成的惯性量测值（加速度和陀螺值）输入捷联式惯性导航算法。验证结果表明,利用所设计的轨迹发生器可以为研究导航算法提供模拟的数据,具有工程实际意义。     

扑翼滑翔UUV流体动力布局设计

针对以往无人水下航行器（UUV）流体动力布局设计只对扑翼的安装位置进行研究,本文将水下仿生扑翼UUV和水下滑翔机（AUG）两者优点集于一体,提出了一种新型扑翼滑翔UUV。通过分析海龟运动和航行器前、后端扑翼的用途,归纳了大升阻比、低阻力的流体动力布局设计准则,利用计算流体力学（CFD）的方法对前端扑翼的4种安装位置和3种翻转角设计分别进行了数值仿真。仿真结果表明,当前端扑翼选用安装位置取距UUV主体外壳最前端纵向长度为整个纵向长度的30%和翻转角为10o时,该扑翼滑翔UUV具有较优的大升阻比、低阻力的流体动力性能,所得结果为进一步研究该UUV的总体设计提供了理论参考。     

水下驻留无人水下航行器驻留过程建模与仿真

针对水下驻留无人水下航行器（UUV）的运动特点,建立了大攻角下UUV运动仿真的六自由度数学模型,提出了一种驻留UUV辅助推进器的控制方法,并对UUV驻留过程中的下潜运动进行了仿真研究。具体分析了UUV下潜驻留运动中攻角、侧滑角、速度、俯仰角等参数的变化规律。仿真结果表明：航行器的轴向速度在阻力作用下逐步减小,趋近于0;在辅助推进器的作用下,UUV下潜速度被限定在安全范围内,导致UUV攻角逐步增大,直至接近90°;在前后2个辅助推进器的作用下,航行器的信仰角始终被控制在合理范围内,从而确保UUV具有良好的着陆姿态。     

基于BTT控制的无人水下航行器动力学模型

针对传统采用侧滑转弯（STT）控制技术的无人水下航行器（uuv）快速机动时由于侧滑产生较大诱导力矩及其自动驾驶仪三通道间产生较强的耦合而降低其控制系统稳定性的问题,提出了采用倾斜转弯（BTT）控制技术的改进方法。根据UUV的航行动力学模型与倾斜转弯控制的特点,对UUV空间动力学方程进行了必要的简化,得到了基于BTT控制技术的UUV动力学模型,并从自动驾驶仪设计的简便性出发,提出了利用其法向过载作为状态变量的全状态可测量数学模型,为进一步设计基于BTT控制技术的UUV控制系统提供参考。     

UUV自航发射鱼雷过程仿真

无人水下航行器(UUV)外挂鱼雷具有重要的战术价值.由于UUV体积小、质量轻,自航发射鱼雷时运动状态会发生改变.为了定量分析这种变化以验证发射的可靠性,建立了UUV自航发射鱼雷的运动模型,根据此模型利用FLUENT对发射过程进行了仿真.仿真结果表明,UUV发射鱼雷时运动状态会发生一定的变化,但采用自航发射仍然具有可行性.同时得出鱼雷脱离发射导轨时的运动参数,为精确计算鱼雷的外弹道提供了依据.     

基于CFD的UUV外挂鱼雷位置分析

为确定无人水下航行器（UUV）外挂鱼雷的最佳位置,该文首先利用UUV外挂鱼雷后的水下稳性计算,初步确定鱼雷的外挂位置,然后采用FLUENT软件计算了鱼雷不同外挂位置对整体流体动力参数的影响,根据选定的UUV最终确定其外挂鱼雷的最佳位置为UUV底端两侧,并利用SIMULINK建立空间运动性能仿真模型,对外挂位置进行了动态运动性能的仿真计算,进一步验证了最佳外挂位置的计算结果。     

潜艇与智能无人水下航行器协同系统控制体系及决策研究

无人作战是未来战争发展的必然趋势,然而,当下无人水下航行器（UUV）的智能水平有限,造成UUV编队在水下网络中心战（UWNCW）中的应用具有局限性。针对以上问题,将人的智能引入智能UUV编队,形成一种潜艇与智能UUV结合的协同系统,分析了系统的优点及复杂性,并对系统的控制体系结构及决策问题等关键技术进行了研究。对系统在突发威胁情况下的航迹规划过程进行了仿真,仿真结果表明潜艇与智能UUV协同系统能够有效地实现避障并能躲避突发威胁,提升了整个系统的应急能力。     

基于双目视觉的UUV避障半实物仿真系统

由于无人水下航行器（UUV）避障研究的实物海洋试验成本高且风险较大,故针对在试验室进行UUV自主避障规划的需求,利用双目视觉展开了UUV避障半实物仿真试验系统的设计研究,包括多自由度运动台架模拟UUV的运动,双目摄像机代替前视声纳作为避障传感器。阐述了实物双目视觉子系统的关键技术和UUV模型子系统的软件实现方法,以及系统的体系结构、数据交换方法,并进行了基于规则的避障仿真联调试验,结果表明,该系统结构简单,试验实施便利,可作为演示、验证和评估避障路径规划正确性和有效性的实用手段。     

长波通信在无人水下航行器上的应用

针对目前无人水下航行器(UUV)通信时容易暴露自身目标的问题,提出了采用长波通信技术作为UUV的辅助通信手段。分析了将长波通信技术应用于UUV时的通信方式,研究了适合安装在UUV上的长波接收天线。     

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。     

基于自适应模拟退火法的UUV艏部线型优化设计

基于多目标空间的全局搜索理论,将无人水下航行器(UUV)艏部丰满度,流体动力与流噪声作为集成判定指标的综合一体化UUV艏部线型优化设计方法。建立了针对UUV艏部外形设计的一体化设计优化模型,结合经典粘流理论、CFD算法实现了集成优化设计,针对UUV外形优化设计要求,提出了复杂外形参数化和设计变量的选取原则,并对具体算例进行外形综合仿真优化设计。结果表明,基于自适应模拟退火法能够有效实现对UUV期望目标的一体化优化设计,在相互制约的多种目标函数所组成的目标域中获得最优解,优化后UUV艏部流体动力和声学性能都有较大提高。     

UUV水下对接过程中非定常流体动力数值仿真

UUV水下对接回收过程中,回收装置和UUV之间存在非定常流体干扰现象。采用有限体积法和非结构动网格技术,运用SIMPLEC算法及k-ε湍流模型,在笛卡尔坐标系下对UUV水下对接过程进行数值模拟,并得到不同速度和攻角下,UUV流体动力随距离的变化规律及相应流场分布。通过UUV与远场实验值进行对比分析,验证了基于动网格技术的有限体积法在处理UUV水下对接过程中流体干扰问题的可行性。     

基于指标函数集合排序法的UUV航路规划

潜艇艇载战术无人水下航行体（UUV）的军事应用要求其全局航路规划求解算法必须兼顾计算快速性与任务适应性要求。使用动态规划算法求解该问题较其他算法具有求解速度快的优势，而传统动态规划使用单一指标函数存在任务适应性不高的问题，为此提出使用指标函数排序集合的改进方法，说明了该方法的使用时机与程序实现要点。该方法用一个可变的指标函数集合代替了单一的指标函数，其程序流程与传统方法基本相同，只是初始化模块、算法模块以及一些预备工作有所不同。仿真结果证明了改进方法的有效性，且在任务适应性上有明显提高，可降低整个航路规划的时间消耗。     

UUV动力电池现状及发展趋势

无人水下航行器（UUV）的长远发展计划使其对动力电池比能量的要求日益突出,而现有的常规一次电池及二次电池由于能量密度低不能满足该要求。该文详细介绍了UUV对动力电池的发展要求及动力电池的发展现状,通过对电池理论比能量和实际比能量的比较,得出了动力电池的发展与UUV长远要求之间存在的差距,展望了动力电池的发展趋势,半燃料电池和燃料电池已获得较高的实际比能量,由于其具有相当高的理论比能量,实际比能量还有较大的上升空间,最有希望满足UUV对动力电池的长远要求。     

美海军UUV使命任务必要性与技术可行性分析

在介绍无人水下航行器发展历史的基础上,从开发成本、技术风险、使用风险和可替代物等方面,详细论述了美国海军2004年无人水下航行器发展主计划中定义的9类使命任务的必要性和技术可行性。最后,从近期技术发展和军事需求出发,对美国兰德公司提出的无人水下航行器7项近期使命任务进行了分析,认为以上任务均合理可行。     

一种新的频域波束切换算法

传统的时域波束切换算法( TDSB)在接收基阵阵元数少、单元接收信噪比低的情况下法正确检测指向信号入射方向的波束,获得阵增益。不适用于水下无人航行器(UUV)远程水声信系统。针对这一问题,提出了一种频域波束切换算法( FDSB)．该算法通过在频域中比较各波输出信号频谱峰值的大小对波束进行选择、切换。利用设计的UUV声接收基阵对算法进行了能仿真和湖试实验。仿真结果表明：FDSB算法在单元接收信噪比为 10 dB的情况下仍可以定、正确的切换波束;湖试25 km距离上通信实验结果表明：在UUV与信号发射端有相对运动情况下,应用本文提出FDSB算法对波束进行选择、切换,通信误码率小于10-4.