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。     

低成本可变浮力系统的仿真研究

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。在自主水下航行器(AUV)可变浮力系统(VBS)数学模型的基础上,利用NPS Phoenis航行器的实际参数,采用多种控制律进行仿真,验证了航行器设计中整合可变浮力系统和座底行为模式的可行性。     

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。     

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.     

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。     

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。     

超空泡水下航行器空间运动建模与弹道仿真

在包含超空泡“时间延迟”效应的基础上,建立了超空泡水下航行器空间运动模型。模型中体现了机动条件下空泡中轴线相对航行器中轴线的偏移产生的流体动力及力矩。为考察该模型在强机动条件下的准确性,进行了弹道仿真分析。结果表明所建立的模型能够描述航行器机动运动的特性;同时表明在实施极限操舵模式时,舵角极限量是影响姿态角对舵角振荡特性的关键因素。该结论对超空泡水下航行器控制技术研究具有重要意义。     

基于Stateflow的水下航行器容错控制设计

介绍了水下航行器的深度控制方式,并针对姿态传感器的故障提出了一种基于Stateflow的水下航行器深度容错控制方法.     

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。     

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。     

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.     

超高速水下航行器纵平面运动特性分析

超高速水下航行器运行于巡航阶段时，由于大部分表面被超空泡所包覆，其运动模式完全不同于常规的全沾湿水下航行器，表现出独有的运动特性。为了对超高速水下航行器实施深度和姿态控制，研究其纵平面运动特性是必要的。该文从超高速水下航行器流体动力产生的机理出发，分析了其力学特性，建立了航行器纵平面运动方程，分析了其欠阻尼运动特性，指出了运动控制中攻角不得超限的关键问题，给出了控制作用不能太强的建议，以上分析结论可为超高速水下航行器控制系统设计提供参考。     

无鳍舵无动力水下运载器发射潜空导弹仿真研究

针对鳍舵式无动力运载器系统结构复杂、水动力环境复杂及水下弹道控制复杂等问题,提出一种无鳍舵水下运载器发射模型。该运载器具有长圆柱体外形、无鳍舵控制、鱼雷管水平发射的特点,运载器由浮力推动上升,浮力和重力构成的恢复力矩可调整运载器出水姿态,具有系统结构简单、水动力环境简单、水下弹道控制简单等优点。利用Matlab的Simulink仿真平台对其进行验证,仿真结果表明,运载器水下运行轨迹符合理论预期,出水速度和姿态满足潜空导弹水面发射要求。     

基于电子表单的圆柱形壳体结构参数化设计

针对水下航行器研制中存在的设计周期冗长现象,提出了一种结构设计的新思路,以自主式水下航行器(AUV)圆柱段壳体结构优化设计为例,利用电子表单使UG的建模功能与MATLAB科学运算功能得到有效的结合,完成了对壳体结构的优化设计及模型更新,重点说明了如何利用电子表单在MATLAB与UG之间进行数据通信,实现了参数化结构的优化设计。研究结果表明,该方法能极大地缩短结构设计周期,减少由于零件尺寸变化带给工程师设计上的工作量,也使得产品的结构设计系列化成为可能。     

基于变结构的水下航行体航行姿态控制系统设计方法

水下航行体在高速转弯时,由于俯仰、偏航和横滚3 个通道间存在较大的耦合,以及水 下海流的不确定性干扰等因素的影响,水下航行体的姿态控制难度较大,传统控制技术无法达到控 制目的。为了解决水下航行体姿态解耦控制的难题,通过水下航行体旋转动力学方程构建了水下 航行体姿态运动子系统状态方程,并应用变结构控制策略设计了水下航行体姿态控制器,理论推导 和仿真表明:所设计的控制器能够使得水下航行体姿态角稳定地跟踪指令航向角,并对海流干扰具 有强鲁棒性,实现了水下航行体姿态子系统间的解耦控制。     

涌浪对水下航行器运动状态影响仿真研究

建立自主式水下航行器空间运动数学模型及涌浪干扰数学模型,以数学模型为基础利用Mat—lab/Simulink完成仿真模型的开发。通过仿真分析了航行器在五级海况和三级海况下的运动参数,对比2种海况下航行器在近水面(-5 m)定深直航时深度及姿态对涌浪的响应,分析了AUV在涌浪环境下的运动状态及近水面抗涌浪的能力。     

超高速水下航行器定深控制

超高速水下航行器巡航阶段的核心问题是定深控制问题,超高速水下航行器运行于巡航阶段时具有独特的运动特性。针对超高速水下航行器巡航阶段的运动特性及其具体运动条件下的特点,提出了使用极限操舵方式对超高速水下航行器实施直接深度控制以及通过姿态控制从而间接控制深度的2种深度控制方法,同时还对深度反馈信号的获取进行了讨论。本文提出的控制方法简单易实现,鲁棒性好,数字仿真证明了其有效性。     

水下航行器速度和姿态匹配的动基座快速对准滤波方法

研究了水下航行器动基座对准问题,建立了动基座对准误差模型,在对准时水下航行器在阵风、海浪的干扰下做直线加速运动,利用GPS提供的速度和姿态信息进行辅助对准,并建立了系统的观测方程.提出了一种基于四元数姿态更新的速度、姿态匹配方式的对准方法,并用该方法估计3个失准角.理论研究与仿真结果表明,该方法不但满足水平失准角估计的速度和精度要求,而且能快速、精确地估计出方位失准角.     

无人水下航行器发射鱼雷初始弹道分析

为分析鱼雷从无人水下航行器发射后的航行安全性,建立了鱼雷发射后的初始弹道模型并进行了仿真,分析了鱼雷发射参数对初始弹道的影响,确定无人水下航行器发射某型鱼雷的合理参数,并进一步分析了初始弹道中鱼雷的航行姿态以确保结论的正确性.仿真结果表明在合理设置发射参数的前提下,鱼雷从无人航行器发射后初始弹道符合战场环境的要求,无人水下航行器发射鱼雷是完全可行的.