分叉分析在水下高速运动体稳定控制中的应用

为保证水下高速运动体在水中能稳定地高速运动,使用分叉法分析运动体的运动稳定性和稳定运动的区域.对运动体受力和超空泡特性进行分析,利用Matlab/R2007a sirnulink仿真平台,建立了水下高速运动体纵向运动动力学模型的模块化仿真模型.采用分又分析法确定系统分叉点、模型稳定运动的区域和运动稳定性,并使用数值仿真验证.仿真结果证明,建立的水下高速运动体的纵向运动仿真模型符合运动体的实际运动规律,在分叉点处模型的运动特性产生突变,在指定区域内模型能够稳定运动.     

水下双拖系统动力学建模与仿真

水下双拖系统是海洋工程中非常重要的一种拖曳系统,可以用于潜艇通讯、数据传输、海洋测量等。文章根据达朗伯原理建立了拖曳系统的动力学模型,确定了边界条件,根据动量和动量矩定理建立了浮标运动的数学模型,并基于统一的有限差分数值方法建立了整个拖曳系统的数值解法。最后对典型的水下双拖系统进行了仿真计算,结果显示:水下双拖系统运动稳定,说明建立的动力学模型的正确性,及其数值算法的稳定性;浮体的使用使拖缆远离了艇体,很好地保证了潜艇的安全性,说明了浮体使用的必要性。     

飞翼式碟形水下滑翔机流动与运动特性分析

为提高碟形水下滑翔机的水动力性能和滑翔经济性,提出一种新型飞翼式碟形自主水下滑翔机,采用计算流体力学中SST(shear stress transmission)湍流模型对其流体动力特性进行分析,得到其在0°~21°小攻角范围内升力系数、阻力系数、俯仰力矩系数以及升阻比的变化规律.并与模型实验结果进行对比,得出数值模拟结果与实验结果具有良好的一致性,验证了数值计算方法的有效性,且与传统水下滑翔机相比,飞翼式碟形自主水下滑翔机具有更优的综合水动力性能和滑翔经济性能.对于其运动特性,则基于多体动力学理论建立了该型水下滑翔机的动力学与运动学模型,并考虑了其内部纵向、横向调位滑块移动速度以及浮力驱动系统压载质量变化速度等调节变化的影响,代入数值仿真所得水动力系数,对该型水下滑翔机锯齿滑翔和螺旋滑翔等两种典型水下滑翔运动进行运动仿真.结果表明,该型水下滑翔机具有一定的运动稳定性,从理论上验证了其水下滑翔的可能.     

水下高速运动体的抗弯稳定可靠性分析

为了分析水下高速运动弹性体的抗弯稳定可靠性问题,建立了一个简化的力学模型.基于小挠度下杆所承受载荷的微分方程,确定了水下高速运动弹性体的弯曲失稳临界载荷,在此基础上进行了结构的可靠性分析,得到了结构的可靠性指标和失效概率.通过算例表明,结构的失效概率对圆锥杆的后端与前端圆盘直径比的依赖性很大.该分析具有一定的工程应用意义.     

水下超高速航行体的动力学建模及控制问题研究

水下超高速航行体的全部或大部分表面被空泡包裹,只有小部分与水接触.空泡的包裹一方面使航行体的阻力显著降低以达到高速航行的目的,另一方面又改变了航行体所受流体动力及其力矩的平衡方式,给超高速水下航行体的建模和控制带来了很大难度.该文采用空化器和尾部控制面联合控制方法,建立了水下超高速航行体纵向运动的动力学及控制模型.利用鲁棒性极点配置算法设计控制器并对该系统进行了仿真分析.分析结果表明,该控制方法能够明显改善超高速航行体系统的动态稳定性和可控品质,为进一步研究水下超高速航行体的动力学控制问题提供了一定的理论依据.     

UUV水下带缆回收纵向运动研究

对UUV水下带缆回收运动模型进行了受力分析,并结合动力学基本原理建立了适用于UUV水下带缆回收运动的数学模型。在此基础上结合UUV水下带缆回收相关理论知识,文中提出了UUV水下带缆回收的纵向弹道规划,并对其进行了仿真研究。研究结果一方面对文中所提出的UUV水下带缆回收纵向弹道规划进行了可行性验证,另一方面总结出了UUV水下带缆回收的相关结论,具有一定工程实用价值。     

末敏子弹稳态扫描阶段运动特性研究

末敏子弹稳态扫描阶段的运动特性对探测器的目标识别具有重要影响.为研究末敏子弹稳态扫描阶段的运动规律,采用第二类拉格朗日力学方法,建立伞-伞盘-弹体系统三刚体动力学模型,得出系统的动能和广义力,并将其带入拉格朗日方程进行求解,得到系统运动方程.使用Adams软件对伞-弹系统进行仿真,得到系统在稳态扫描阶段的运动特性,结果...     

基于重接原理的三级电磁发射系统

为了揭示多级重接式电磁发射发射体的运动特性及规律,设计建立了用于实验研究的小型三级重接式电磁发射系统并进行仿真分析.介绍了重接式电磁发射的工作原理及运动模型,设计建立了用于实验研究的小型三级重接式电磁发射系统.整个系统包括3个相同的子系统和一个集中控制系统.在对实验模型数据实测并拟合的基础上,确定运动模型所需电感梯度和放电回路电参数,最终建立了发射体运动的数值仿真模型.对数值仿真模型包含的电路和运动方程采用四阶Runge-Kutta法进行数值求解,得到了三级发射的运动特性仿真结果.结果表明,当发射体速度不高时,加速过程完成于在电容器组向线圈放电起始很短的时间和距离内;加速的效果取决于适当的发射体初始位置;发射体终速度和发射整体效率都随电容器组存储能量的增加而增大;多级发射中后级效率高于前级,整体效率也随着发射级数的增加而增高.     

刚柔耦合系统的输入成形控制

为实现对大范围运动刚柔耦合系统的振动抑制,提出基于一次近似动力学模型的输入成形控制方法.针对中心刚体-柔性旋臂梁系统,在变形位移的描述中计及纵向变形的二次耦合项,建立一次近似动力学模型用于振动控制.考虑到大范围运动刚柔耦合系统中柔性梁有别于结构动力学中定边界梁的模态特性,设计抑制柔性振动的鲁棒多模态输入成形器.仿真结果...     

AUV水下分离运动及分离方式研究

自主式水下航行器是由载荷和运载体组成的一个多体系统，在载荷被释放时要保证其不能和运载体发生碰撞。推导了载荷和运载体初始位置和初始攻角的计算模型。在此基础上，对载荷在推冲分离方式和重力解脱方式下的运动进行了仿真和分析，结果表明，在推冲分离方式下，载荷的上浮运动和俯仰角的变化规律使其与运载体相撞的机会增加；重力解脱方式下，由于裁荷没有上浮运动且具有合适的姿态，从而使得分离非常安全。仿真结果与试验数据的一致性，验证了所建模型的实用性与有效性。     

Structure reliability analysis based on supercavity vehicle steady motion

Taking the steady motion status as a starting point,according to the modeling of actual state of theoretical analysis,a predigested model of supercavity vehicle was established,and relationship expressions of these angles were obtained when the movement of supercavity vehicle was stable.A theoretical analysis on the stability of underwater high-speed movement in the movement simulation program was conducted and the simulation results were given.Then the force status of the supercavity vehicle was elicited from the results.The finite element analysis was carried out based on the stability at all angles obtained from simulation results.Taking a pilot model as example,the Monte Carlo method was adopting to analyze the reliability with the given state of force and displacement.The result indicates that this method is feasible.     

Trajectory Simulation for Underwater Vehicle with Power-Lunched

The motion of combustion gas bubble produced by underwater ignition was developed based on Rayleigh-Plesset equation. Combining the bubble motion equation with the underwater launched vehicle motion equation in the longitudinal plane, a trajectory simulation model with power-launched was established. The hydrodynamic characteristics of underwater ignition at different depths and the trajectory analysis of the underwater vehicle with power-launched were given by simulation. The simulation results have a good agreement with experimental results, and show that the thrust peak caused by underwater ignition and the stable thrust both decrease slightly with the increase of the water depth, and the thrust peak will decline obviously by enlarging the initial radius of gas bubble; the thrust peak generated at the instant of ignition and the low-frequency oscillation of the stable thrust have no significant influence on the trajectory of underwater vehicle.     

Actuator fault diagnosis of autonomous underwater vehicle based on improved Elman neural network

Autonomous underwater vehicles(AUV) work in a complex marine environment. Its system reliability and autonomous fault diagnosis are particularly important and can provide the basis for underwater vehicles to take corresponding security policy in a failure. Aiming at the characteristics of the underwater vehicle which has uncertain system and modeling difficulty, an improved Elman neural network is introduced which is applied to the underwater vehicle motion modeling. Through designing self-feedback connection with fixed gain in the unit connection as well as increasing the feedback of the output layer node, improved Elman network has faster convergence speed and generalization ability. This method for high-order nonlinear system has stronger identification ability. Firstly, the residual is calculated by comparing the output of the underwater vehicle model(estimation in the motion state) with the actual measured values. Secondly, characteristics of the residual are analyzed on the basis of fault judging criteria. Finally, actuator fault diagnosis of the autonomous underwater vehicle is carried out. The results of the simulation experiment show that the method is effective.     

应用PSO和SVM的水下航行器黑箱建模

随着新型水下航行器不断涌现,现有水下航行器数学模型已难以与实际模型吻合.为更好了解新型水下航行器实际模型以及预测新型水下航行器运动,提出应用粒子群(particle swarm optimization,PSO)参数寻优和支持向量机(support vector machine,SVM)的水下航行器黑箱建模方法.首先根据水下航行器的运动状态信息和推进器力,应用支持向量机构造出之间的非线性映射关系,然后通过粒子群智能优化算法获得支持向量机的最佳参数组合,进而实现水下航行器的黑箱建模,最后根据推进器力是否时变,分别以新型四旋翼水下航行器的两种空间运动进行实验验证,并以均方根误差作为空间运动预测结果的评价标准.试验结果表明,基于粒子群参数寻优和支持向量机所构建的水下航行器黑箱模型对空间运动预测具有较小的均方根误差,空间运动预测结果与实际运动基本一致,所建黑箱模型与实际模型基本吻合,能有效预测水下航行器运动状态.     

水下射弹超空泡可视化研究

针对水下高速射弹超空泡模型的特点进行了分析与研究,采用椭圆拟合原理构建了简化的空泡模型,利用OpenGL编程技术完成了实时数据驱动的超空泡模型,并创建了相关三维实体模型,在Vega Prime仿真环境下创建了水下环境,实现了水下超高速射弹道空泡可视化仿真系统.在实际数据的驱动下,该视景仿真系统有效再现了射弹超空泡生灭的过程.     

仿鱼机器人C形起动的动力学分析

为提高螺旋桨式水下机器人的起动性能,以草食性鱼类体干摆动模式的水下推进方式作为高机动仿鱼机器人推进器的设计原型.由鲫鱼C形起动高速摄影图像的运动分析,推导出仿鱼机器人快速起动的体干运动方程.计算横向摆动流体举力、尾涡反作用力、边界层摩擦阻力和纵向附加质量力,建立C形起动的动力学模型.进行仿鱼机器人体干曲线波,以及多步态快速起动的运动学和动力学参数的仿真计算和优化设计,由数值计算和分析得出的结论和鱼类游动规律基本吻合,为研制具有快速起动性能的水下机器人提供理论基础和设计思路.     

Maneuverability simulation of a mini autonomous underwater vehicle

In order to simulate the under water motion of a mini autonomous underwater vehicle( AUV) and an- alyze its maneuverability,the dynamical characteristic of the mini AUV was researched. The 6-DOF motion equations were founded. Through model experiment with accessory bodies,the hydrodynamics of AUV body including resistance,main inertial and viscous hydrodynamic coefficients was obtained. The hydrodynamics of rudders was gained through theoretical calculation. Simulation computation of the vehicle was carried out through numerical integration of the motion equations. A motion simulation system was constructed. Four typical maneuvers in horizontal and vertical planes were simulated and the maneuverability of the mini AUV was forecasted. The simulation results reflect the basic motion characteristic of mini AUV and validate the feasibility and correctness of the whole system. The simulation system can be a testing platform for the design and debugging of motion controller and an effective tool for the development of AUV.