基于人工侧线系统的动载体流场感知

为增强水下航行器的导航和感知能力,通过模拟鱼类侧线在水下航行器中搭建人工侧线系统。介绍鱼类 侧线的功能和人工侧线的国内外研究现状,分析侧线管神经丘的生物模型以及 BP 神经网络算法的原理;将实验和 数值模拟方法相结合,分别收集水下航行器在不同流场环境下的静压数据;通过神经网络算法对流场的流速以及来 流角度进行识别。结果表明：BP 神经网络算法可有效识别流场参数,识别率达到 95%以上。     

水下航行体发射管内流场的数值模拟研究

由于水下航行体发射管内的流场非常复杂又不宜于测量,因而很难得到航行体发射过程中的流场分布情况。文中的主要目的是数值模拟水下航行体在发射管内的运动规律和压力分布。通过工程计算的方法得到了水下航行体在发射管内的运动曲线,在此基础上利用Ansys软件的Flotran模块动网格技术对发射管内流场进行了实时仿真,得到了航行体表面的压力分布。     

基于矢量磁力仪阵列的水下磁性目标警戒系统

为提高水下磁性目标的预警成功率,设计一种基于阵列矢量磁力仪的磁性目标探测方法.按照理论推导与仿真相结合的方式,对阵列坐标系下磁性目标磁异常信号特征进行分析,推导目标距离计算方法,以某典型磁性目标为探测对象,对目标运动磁异常特征进行仿真,得出阵列间距与探测距离的关系.仿真结果表明:该设计具有一定的实用性,可为后续特定海区的水下磁性目标预警提供参考.     

基于巴宾奈特原理的双基地声纳前向探测方法

当物体靠近双基地声纳基线时,由于直达波的干扰,声纳系统存在检测盲区,因此提出基于巴宾奈特原理的双基地前向探测方法,其原理是在盲区对前向散射信号进行长时间的累计检测,实现双基地盲区检测。理论上推导出的水下前向散射目标强度的计算公式与旋转椭球体目标强度的经验公式一致。仿真表明前向散射信号强度呈眼状分布,讨论了利用对前向散射信号进行时间累计探测低速运动目标的可行性。     

膜态沸腾球体水下运动减阻特性

为揭示膜态沸腾球体水下运动减阻机理,基于计算流体力学方法,采用Mixture多相流模型,耦合蒸发-冷凝相变模型,对亚临界雷诺数范围内的膜态沸腾球体绕流减阻特性进行数值仿真,得到的阻力系数与文献[11]实验结果具有较好的一致性。对比分析了普通球体与膜态沸腾球体的绕流特性,研究了雷诺数对膜态沸腾球体绕流特性的影响,分析了膜态沸腾球体绕流运动减阻机理。仿真结果表明:膜态沸腾球体蒸汽膜的存在使球体壁面的无滑移边界条件转化为蒸汽膜的滑移边界条件,减小了壁面对流体的粘滞作用,使流动分离点向尾部移动,减小了球体绕流阻力;蒸汽会在球体尾部发生堆积,随着雷诺数的增大,堆积位置向后移动,阻力系数变小,尾部流动更趋于流线型。     

水下航行体俯仰运动微气泡减阻特性试验研究

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,利用自主设计的驱动装置、高速摄像系统和测力系统,开展水下航行体俯仰运动微气泡减阻特性试验研究。试验过程中,基于自主设计的驱动装置,实现航行体绕其头部按正弦规律作俯仰运动。研究结果表明：当体积流量系数较小时,水下航行体运动过程中离散的微气泡始终均匀分布在航行体表面;水下航行体俯仰运动过程中,轴向力系数、法向力系数、阻力系数和升力系数的变化规律类似,均呈正弦变化规律,且其变化周期与攻角变化周期基本同步;对于不同体积流量系数下俯仰运动的航行体,随着攻角的增加,其阻力系数均呈近似线性增加规律,减阻率呈逐渐线性减小规律。     

水下小尺度目标宽带亮点回波建模及实验验证

准确、有效的目标回波模型是声纳目标,特别是小尺度目标探测与识别的基础.基于声纳目标亮点回波3参数模型以及时域特征分析在声纳目标探测与识别中的有效性,将反映目标回波时域特征的参量作为声纳目标回波模型的建模参数,优化了目标亮点回波模型.针对单频水声探测在小尺度目标识别中无法兼顾距离与精度的局限性,提出了基于频带划分算法的宽带回波模型建模方法,为水下小尺度目标的宽带探测与识别提供了理论基础.通过设计验证试验,将所建模型仿真数据与实物模型消声水池试验回波数据进行对比分析,结果表明,模型仿真回波与试验回波数据具有一致性,验证了所建回波模型的准确性与有效性.     

UUV靶场试验非同步水下被动声学跟踪算法

在无人水下航行器（UUV）正式投入使用前,需要一系列的海上考核与验收,传统的合作式目标水下测量方法不利于远距离目标航行轨迹的监测。该文提出了一种新的靶场UUV水下跟踪方法,利用全球定位系统（GPS）确定初位置,并利用UUV上的固定连续声学发射频率信息,采用伪线性Kalm an滤波进行UUV运动状态参量估计,对UUV进行了跟踪,给出了运动状态跟踪算法,并进行了仿真研究,研究结果表明,该方法可以很好地跟踪水下UUV的运动轨迹。     

基于沿海声层析技术的水下目标探测技术

针对难以对水下目标进行快速有效探测的难题,利用声层析的方法观测域内的水下目标尾流分布及其随 时间演变过程,通过流场变化以实现对水下目标的探测。通过沿海声层析(coastal acoustic tomography,CAT)5 站声 同步传输观测试验,获得双向声传播时间数据,进行流场分布反演;利用3 维反演方法观测得到自主式水下潜器 (autonomous underwater vehicle,AUV)潜航所在深度的水平流场演变过程,反演结果与直接计算的路径平均流速基 本吻合;实验过程中,鱼雷型水下机器人经过后流场产生明显波动,声学多普勒流速剖面仪(acoustic doppler velocity profiler,ADCP)与CAT 观测结果分别为1.57, 1.43 m/s。结果表明：利用CAT 方法在小尺度区域内观测探测AUV 目 标取得的成功,为后续的观测实验打下了基础。     

水下航行器流噪声分析及软件设计

文中针对水下航行器目标远程探测的需要,分析研究了流噪声的形成机理,给出了流噪声的分析方法,并根据实测流噪声数据格式设计研制了噪声数据分析软件.该软件分析精度高、易操作,可给出流噪声强度随航速变化的规律和功率谱等指标.应用该软件分析了水下航行器流噪声的实测数据,为水下航行器远程探测换能器的设计和安装提供了重要依据.     

非定常人工通气超空泡数学仿真与分析

针对人工通气超空泡涉及因素多、时变特性强、实现难度大、成本代价高的复杂工程问题,开展了非定常人工通气超空泡数学仿真研究.根据Logvinovich的空泡截面扩展独立性原理,建立了非定常通气超空泡形态模型,给出了仿真计算方法,对影响超空泡形态的因素进行了动态仿真计算,得到了不同充气参数和运动参数下空泡形态变化规律以及与航行体表面的相对位置关系,提出了满足航行体高速运动稳定的空泡闭合位置要求.研究结果对水下高速航行体的通气系统设计和航行性能设计均具有重要的参考价值,并可为工程应用研究提供理论基础.     

基于人工侧线系统的机器鱼游动模态感知研究

针对水下机器人面临着感知周围水环境信息的困难的问题,在自主式机器鱼上设计一种人工侧线系统.首先介绍了自主式机器鱼及其人工侧线系统,其次通过改变中枢模式发生器(central pattern generator,CPG)的运动控制参数决定机器鱼的游动模态,最后通过人工侧线系统得到机器鱼在向前、左转右转和上升下潜时的压强变化.分析结果表明:该套人工侧线系统设计能有效的感知水流信息,为水下机器人提供了一种感知游动模态的新办法.     

基于多线谱干扰抑制的水下对空运动声源线谱探测

针对水下对空运动声源探测时面临的多线谱水下强干扰问题,提出一种稳健可靠的基于多线谱干扰抑制的线谱检测方法。采用该方法对接收声场进行线谱提取,限定每个信源所在方位的空间谱能量主要来自一条线谱的贡献,抑制多线谱干扰的能量,最后综合所有线谱贡献,得到最终的方位估计结果。两次水下对空探测实验验证了所提方法的有效性,结果表明,线谱检测方法可有效抑制同频干扰,在低信噪比、多干扰环境下成功实现了水下对空运动声源的线谱探测。     

人造侧线系统综述

侧线系统是水中动物特别是鱼类的重要感知系统,可以帮助动物有效感知周围的水动态环境信息。在水中机器人,特别是仿生机器鱼上设计和安装人造侧线系统,是当前水中机器人研究的新方向和热点。概述了鱼类侧线系统的结构特点和感知原理;介绍了人造侧线系统的实现原理和的实验研究状况;分析了人造侧线系统研究存在的一些难点和问题,并对今后的发展趋势和应用前景进行了展望。     

导弹发射过程三维非定常数值模拟

针对计算流体力学中的各种动网格更新技术进行了综合分析,对域动分层法动网格更新技术的原理进行了阐述。应用该方法对同心筒发射装置内导弹发射过程的三维流场分布进行了非定常数值模拟,得到全流场参数在三维空间上的时间分布,并与试验结果进行对比分析,得到了该方法正确可行、可有效保证导弹发射过程模拟的计算精度及计算效率的结论。     

脊状结构组合式轮片状阴极工作齿齿形优化设计

针对组合式轮片状阴极工作齿（TWTC）齿形优化设计,研究脊状结构的形状参数与减阻量之间的关系。根据湍流边界层粘性底层流速服从线性分布的规律,利用粘性底层流速分布公式来计算流场特性参数,提出将脊状结构、圆角过渡用于组合式TWTC齿形修形。对未修形、脊状结构、圆角过渡组合式TWTC修形的电解加工间隙流场进行仿真和试验验证。结果表明：采用脊状结构修形工作齿可以有效减小电解液流道的阻力,提高加工间隙电解液的流速,使加工间隙最高流速从42.5 m/s提高到58.6 m/s,加速了阳极溶解速度,提高了材料去除率;采用圆角过渡修形工作齿能够减少、甚至避免空穴、涡流、分离、气泡现象产生,实现均匀小间隙稳定深孔内螺旋线加工,提高加工精度和表面质量。     

基于光流的运动车辆检测和跟踪技术的研究

运动车辆的检测和跟踪是智能交通系统的重要研究方向.利用基于微分光流法的Lucas-Kanade算法进行运动车辆检测,通过幅度平方函数进行车辆的阈值分割,并利用形态学进行图像修正.Blob算法对车辆图像特征进行统计和分析,对运动车辆进行标注并跟踪.最后,根据检测结果,计算交通流参数.通过仿真实验,说明算法具有一定的实用性.     

固体火箭发动机羽烟流场的数值模拟

在抛物化假定基础上，从固体火箭发动机无烟、少焰研究需要出发出发，对喷管的内、外流场进行了数值模拟，考虑了化学平衡流和气／固两相流两种状态。在喷管内流场的计算中，用系数矩阵分裂方法对流场进行数值模拟。不论是内流场，还是喷流流场，燃烧产物的平衡组分都用布林克莱法进行求解，粒子运动参数都用特征线法进行求解。其中部分计算结果同实验及他人计算结果进行了对比，两者吻合良好。     

水下航行体垂直发射尾部流场数值计算

采用Mixture多相流模型和动网格技术求解非定常RANS方程,对航行体水下垂直发射过程进行数值模拟,研究了尾部形状和尾空泡初始压力对航行体尾部流场、轴向速度等的影响.计算结果与试验结果吻合较好,结果表明尾部形状决定了航行体尾空泡的生成演化过程,进而影响航行体尾部压力和轴向运动速度;尾空泡初始压力越大,出筒后航行体轴向速度最大值越大,尾部压力振荡周期越长.