基于混合模型的水下滑翔机最佳升阻比特性

水下滑翔机速度较低,其外部绕流流场由层流和湍流混合组成,其中层流段约占70%,传统单一的层流或湍流分析模型难以准确分析其水动力特性;在此提出了采用多区域的混合模型,对水下滑翔机的水动力特性进行CFD计算,获得其主要流体动力参数,通过与试验数据对比,结果表明:采用多区域混合模型计算所得的结果与实验得出结果较一致。     

基于ANSYS Workbench的水下航行体壳体结构优化

壳体结构的质量大小直接影响水下航行体的整体性能,传统的优化方法工作量大,计算也较复杂。本文运用有限元软件ANSYS Workbench中的Design Exploration模块对壳体壁厚、环形肋的截面宽度和高度、环肋间距进行优化,在保证壳体满足强度和稳定性要求的情况下,将壳体的质量最小化。通过此方法对水下航行体壳体结构进行优化,得到最优化的壳体结构质量,对水下航行体的整体设计具有一定的指导意义。     

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。     

矢量水听器在水下滑翔机上的应用研究

水下滑翔机通过改变自身浮力上浮和下潜,借助水动力实现前进滑翔运动,将其用于水中目标长时间、高隐蔽和大范围探测已成为当前研究的热点。通过在现有水下滑翔机平台上集成单个矢量水听器,研制出具有水中目标探测能力的水下声学滑翔机。对矢量水听器和水下滑翔机平台自噪声进行测试,分析了矢量水听器自噪声水平和平台主要噪声源,分析结果对指导滑翔机平台进行减振降噪处理和优化声学系统工作模式具有重要指导意义。利用2018年5月南海某海区水下声学滑翔机试验数据,分析水下声学滑翔机对水面航船目标的探测性能。结果表明,深海良好水文条件下,水下声学滑翔机对航速10 kn的试验船目标最远探测距离大于14 km.     

水下滑翔机纵倾运动的自适应积分反演控制

针对浮力驱动式水下滑翔机动力学模型及参数的不确定性,研究了滑翔机纵倾运动跟踪控制问题.首先建立俯仰角与滑块位移的关系,综合应用Lyapunov方法和反演技术设计了非线性自适应跟踪控制器,用自适应机制克服了模型参数的不确定性,在反演镇定函数中引入了积分项,进一步提高了消除稳态跟踪误差的能力,进而将得到的滑块位移作为参考输...     

一种混合动力水下滑翔机的操纵性研究

混合动力水下滑翔机是一种加装了鳍舵和螺旋桨推进系统的新型水下滑翔机.为了验证混合动力水下滑翔机的总体性能,研究了其在海洋环境中不同工作状态下的操纵性.混合动力水下滑翔机除可进行无动力滑翔外,为了提高运动性能,提出了2种混合工作模式,即有动力推进时结合重心调节与无动力滑翔时结合舵操作.根据动量和动量矩定理建立了水下滑翔机的空间运动数学模型和海流动力学模型,对不同的工作状态进行了仿真.结果表明,混合动力水下滑翔机的无动力滑翔与有动力推进的转换过程具有良好的操纵性和稳定性,但在进行无动力滑翔时易受海流的影响发生偏移,混合工作模式效果良好,具有可行性.     

基于实时目标的水下航行体快速控制原型技术

简要介绍了快速控制原型的设计思想,阐述了基于分布式的水下航行体快速控制原型的系统架构,最后通过一个实例说明了快速控制原型技术在水下航行体控制系统设计中的应用。快速控制原型技术的发展有力地支持了日益复杂的水下航行体控制器的开发。     

基于板块元法的水下复杂目标强度预报

近场高频照射情况下,水下复杂目标声反射强调各个部位、细节对声纳照射的综合作用。对此,引入了声纳目标计算的板块元法,通过3DS MAX软件将任意形状复杂目标表面划分为无数小曲面,由板块元近似小曲面,借助K irchhoff声散射理论完成对水下复杂目标目标强度的计算。该方法克服了声学亮点模型因忽略目标几何结构影响而过于粗糙,以及数值积分方法无法计算非标准几何体目标强度值的缺陷。数值计算及试验结果均验证了该方法的有效性。     

具有全向控制的水下碟形滑翔机自抗扰控制

针对水下碟形滑翔机特殊的外形结构及运动特点,重点研究欠驱动多约束条件下水下碟形滑翔机的自主控制问题.建立水下碟形滑翔机动力学模型,分析水下碟形滑翔机的欠驱动控制特点和平面双轴对称的结构特点;设计具有4个喷水推进器的全向驱动机制,给出全向控制动力输出方程;设计自抗扰控制器,并建立基于MATLAB+MFC软件的水下无人航行...     

基于不同湍流模型的水下航行体圆柱结构流动特性数值模拟

为提高水下航行体的隐身性能,探究不同湍流模型对水下航行体圆柱结构水动力数值模拟的影响。基于OpenFOAM开源计算流体力学工具包,进行水下航行体圆柱结构的数值模拟。开发3种混合湍流模型嵌入OpenFOAM工具包,3种模型分别为尺度自适应模拟方法、部分平均N-S方程方法和改进的延迟分离涡方法。基于开发的3种模型进行数值计算仿真,得到水下航行体典型圆柱结构的绕流场分布以及受力特征。研究结果表明：湍流模型的选取对于水下航行体水动力模拟有着显著影响,所得结果对后续探究水下航行体辐射噪声的研究具有指导意义。     

新结构药型罩射流对等效前舱的抗干扰研究

为有效降低弹药前舱对聚能射流的干扰作用,提高射流穿过前舱后的侵彻威力,设计了一种新结构药型罩.通过将前舱等效为均质靶板的等效方法,得到了均质等效靶的等效厚度.利用AUTODYN-2D数值仿真软件分别对新结构药型罩和常规药型罩射流侵彻等效前舱作用过程进行了数值计算,并对射流穿过等效前舱后的侵彻孔形进行了理论计算.结果表明,与常规药型罩相比,新结构药型罩降低了等效前舱对射流的能量消耗,提高了射流穿过等效前舱后的头部速度和射流能量,对带等效前舱钢筋混凝土目标的侵彻深度提高了11.7%以上,理论计算和试验孔形基本吻合.新结构药型罩射流对前舱的抗干扰能力明显优于常规药型罩.     

水下自主航行体电子系统抗干扰设计技术

水下自主航行体电子系统主要由目标探测与姿态控制分系统组成,而干扰的存在严重影响目标探测及姿态控制分系统的正常工作。通过对干扰来源进行分析,提出了抑制干扰源的措施,并在具体设计中进行了应用。验证结果表明,采用了抗干扰措施后,系统的抗干扰能力得到明显提高。     

面向水下滑翔机平台的耐压复合同振式矢量水听器

针对水下声学滑翔机样机研制对小尺寸、耐压复合同振式矢量水听器的迫切需求,设计面向水下滑翔机平台的耐压复合同振式矢量水听器。根据矢量水听器工作原理,对其声压通道和矢量通道进行声学设计;仿真分析压电陶瓷元件和薄壁铝合金壳体耐压特性,完成矢量水听器整体结构设计与制作;进行矢量水听器耐压能力及电声参数测试,将该水听器集成应用于水下声学滑翔机。在南海某海域开展海上试验,采集100~3 000 Hz范围内水下声场信息,给出不同频点噪声级随时间的变化曲线,且得到了水面航船经过时不同频点的噪声级变化。结果表明,矢量水听器在1 200 m深处可靠工作,设计的矢量水听器满足水下声学滑翔机样机研制应用需求。     

基于AML的水下航行体战斗部总体设计集成系统

如何高效率设计水下航行体战斗部总体,并分析、优化其性能对水下航行体总体设计至关重要,采用AML概念化设计平台开发水下航行体战斗部总体设计系统是一种有效的途径,它将多种CAD/CAE及仿真软件显示集成在一个统一的界面环境中,通过信息获取和知识关联来实现设计和分析的自动化,可以快速评估设计方案及确定总体设计参数,提高设计效率,并可有效推广至其他复杂系统项目设计中。     

基于伯努利方程与边界层理论的水下航行体减阻特性分析

针对超空泡航行体减阻特性,基于伯努利方程与边界层理论,分析航行体在超空泡状态下相比于全沾湿状态和局部空化状态下的减阻特性,并讨论航行体的头部圆锥半角、长径比与尾部外形对航阻的影响。仿真结果表明:超空泡航行体具有明显的减阻效果;在同样的航行体长径比约束下,减小长度相比于减小直径其增阻效果更趋明显;圆台尾部相比于圆柱尾部的减阻效果随着空泡腔体的增大而渐趋弱化。     

基于流固耦合的复合结构炮口制退器强度分析

为减小炮口制退器质量并能耐烧蚀,设计一种复合结构的炮口制退器。分别采用炮钢和钛合金材料组成炮口制退器的内、外层结构。以带炮口制退器的炮口流场的瞬态动载荷为计算条件,利用单向流固耦合方法对复合结构炮口制退器进行强度分析。分析结果表明：复合结构炮口制退器可满足强度要求,且质量明显小于全炮钢炮口制退器,可为提高炮口制退器的性能提供一种新的设计思路。     

基于鱼雷壳体强度及稳定性的结构可靠性分析

针对现有结构设计安全系数方法的弊端,将可靠性设计理念引入鱼雷结构设计领域。结合经典壳体理论计算方法与二次二阶矩法,确定了基于理论公式的壳体结构可靠性安全裕度方程及其求解方法,利用ANSYS软件的概率设计（PDS）模块从有限元角度对壳体结构可靠性进行计算,计算结果验证了该方法的准确性。以上2种方法的引入可搭建连接鱼雷壳体结构设计与鱼雷产品可靠性设计之间的理论桥梁。     

基于航行时间的水下航行体可靠度评定方法

针对现有水下航行体实航工作可靠度评定方法的局限性,根据实航试验所获取航行时间、成败试验结果的数据特点,将指数分布与二项分布结合起来,建立了水下航行体实航工作可靠度的等效评定方法,解决了现阶段水下航行体实航工作可靠度评定方法中缺失规定时间的问题,拓展了试验数据的利用效率,可客观评价水下航行体的实航工作可靠度,评定结果更接近实际。     

基于神经网络观测器的水下拖体输出反馈姿态控制

针对水下拖体俯仰姿态控制系统设计时无法精确建模、模型具有强烈非线性和不确定性以及不可测外界干扰和角速度等问题,设计了一种基于观测器的补偿控制系统。该系统中两个神经网络独立对动态非线性模型进行在线辨识,分别配合状态观测器和补偿滑模控制器完成对系统状态变量的实时观测与补偿控制。在观测器中加入鲁棒项抑制附加干扰,设计了两种自适应权值更新律以及一种映射修正自适应律以保证系统的稳定性。经Lyapunov理论证明,在满足一定条件下,系统的观测与控制误差均为最终一致有界。仿真和实验结果表明,所设计的补偿控制系统具有良好的自适应性和鲁棒性。     

基于STM32的小型水下拖体控制系统设计

针对控制小型拖体在水下航行深度的问题,提出一种基于高性能微控制器STM32的小型拖体控制系统设计方案。从硬件电路和软件实现2方面详细论述了深度测量、翼板调整和漏水报警等功能的控制方案。实验结果表明,该控制系统可以精确调整翼板角度,控制航行深度。该系统具有广阔的工程应用前景。