一种回收过程中UUV对运动母船的跟踪方法

在无人水下航行器(UUV)对运动母船的跟踪过程中,跟踪方法需要适应母船的运动特性,为此该文提出了引入速度量的人工势场法。为了保证跟踪过程安全可靠,考虑到母船外部形状的复杂性,在母船周围划定四个禁航区。在运动规划过程中除了将UUV、母船和禁航区的位置信息作为规划要素外,加入了三者的速度信息,得到改进的势场法。基于改进的势场法得到UUV的速度和航向方程,并在母船以运动场方式运动的工况下进行了UUV跟踪母船的仿真实验,结果表明所设计的运动规划方法能够实现UUV水下自主回收作业中对运动母船的安全跟踪。     

UUV水下定位方法的研究现状与进展

为了解决水下无人航行器(UUV)定位问题,对现有的UUV定位方法进行总结。UUV是海洋探测、开发的重要工具,精准的水下定位方法是顺利完成各种任务的重要前提与保障。随着水下定位技术的不断发展,涌现了许多水下定位方法。水下的特殊环境使得一些定位方法的应用受到了极大的限制。为了满足UUV的智能性以及自主性的需求,学者们提出了许多定位方法。根据不同原理、应用环境以及应用需求对UUV水下定位方法分类,分析各种方法的优劣,并对近年来的新兴方法进行了总结。结合UUV水下定位方法中当前存在的问题以及未来的发展趋势提出展望。     

高空远程滑翔UUV低空突防段弹道运动仿真与分析

高空远程滑翔UUV技术是一种集高空滑翔与水下航行于一体的综合设计研究,低空突防段弹道是高空远程滑翔UUV弹道流程中的重要部分。通过建立高空远程滑翔UUV的六自由度数学模型,对低空突防段弹道进行了运动仿真和详细分析。采用常规等高控制方案控制飞行高度,仿真结果显示产生了掉高过大的现象,甚至在水平面以下,低空突防不能实现。为避免这种现象,选择两种方案解决这一问题,一是在突防段引入极限舵角的方式,一是修改高度控制方程。经仿真分析,两种方案均能改变掉高过大现象,且第二种方案具有较好的适用性,系统相对也较稳定。     

水下无人航行器结构环境SFEKF同步构图定位方法

针对传统同步构图定位(SLAM)传感器具有数据量大、处理速度慢、实时性差的不足和基于扩展卡尔曼滤波的同步构图定位(EKF-SLAM)具有对水下无人航行器(UUV)位置估计精度低、甚至发散的缺陷,把带次优渐消因子的扩展卡尔曼滤波器应用到了导航系统中,提出了基于多元测距声呐(MRS)的UUV结构环境SFEKF-SLAM(suboptimal fadingextended Kalman filter-SLAM)方法.首先建立基于霍夫变换的水下MRS特征提取模型,设计了基于SFEKF-SLAM的UUV导航系统,利用该系统可以对UUV的状态进行预测,结合MRS信息可以对UUV周围结构环境进行状态更新.海试结果验证了基于霍夫变换的水下MRS模型能够有效提取环境特征,基于SFEKF-SLAM的UUV导航系统相对于常用的基于EKF-SLAM的UUV导航系统具有更高的定位精度,能够构建更加精确的港口堤岸地图.     

一种建立水下定向航行器的弹道方程的方法

讨论了垂直放置靠火箭推进的水下定向航行器的运动特征,根据其结构特点,并考虑航行器质量变化以及海水水流等的影响,从能量角度出发建立了水下航行器定向运动时的弹道数学模型,最后根据实际需要进行了弹道仿真。     

基于自容式技术的系泊缆水下监测方法

针对深水系泊缆缺少在位监测手段的问题,开展了系泊缆力学行为监测系统的研究。采用悬链线系统集中质量模型对深水系泊缆动力行为开展理论分析,通过改变传统求解中的边界条件,提出了一种适用于深水系泊缆张力监测的测量策略;同时针对水下系泊缆缺少成熟测量装置的问题,基于自容式技术开发了系泊系统水下测量传感器和水下安装/回收装置。监测系统在南海一座半潜式平台开展了5个月的连续测量,证明了监测系统的可靠性;同时通过20 min的采集样本分析,证明了系泊缆测量方法能够有效的获取系泊缆张力信息。     

高空远程滑翔UUV气动参数仿真与估算研究

为了研究高空远程滑翔UUV气动参数特性,运用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)理论,采用结构和非结构分域混合网格方案,确定计算域、边界条件、求解Navier-Stokes方程对亚音速下高空远程滑翔UUV三维绕流流场进行数值模拟。仿真数据与估算数据进行对比,分析UUV的纵向气动特性、横向气动特性和操纵导数特性,结果显示,仿真数据与计算数据吻合较好,并且其气动特性满足航行器的低阻特性和静稳定性的要求,两种计算方法的准确性进行了相互验证,不仅利于下一步进行航行器的操纵性、稳定性和弹道特性研究,而且为进一步完善设计和模型加工试验提供重要依据。     

基于遗传算法的水下机器人运动规划中pareto解的分析与处理

对基于遗传算法进行水下机器人运动规划过程中的ｐａｒｅｔｏ解进行了研究。提出了多评价函数相互制约条件下ｐａｒｅｔｏ解的最佳化方法，以水下机器人Ｔｗｉｎ－Ｂｕｒｇｅｒ为对象进行运动规划的结果验证了算法的有效性。     

水下高速运动体运动稳定性的分叉分析

为保证水下高速运动体能在高速时稳定运动,使用分叉法确定其稳定运动的范围和条件.通过对运动体受力和超空泡特性进行分析,建立了水下高速运动体的纵向运动模型,采用分叉法求系统分叉点来确定模型稳定运动的范围,使用数值仿真对水下高速运动体的运动进行分析,提出了对分叉点位置进行控制的方法.仿真结果表明,建立的水下高速运动体的纵向运动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,系统分叉点位置可以进行有效控制.证明了分叉分析法能够准确判定保证水下高速运动体稳定运动的空化数范围,并且其范围可控.     

水下对接装置捕捉机械手的运动分析及仿真研究

提出了一种带捕促机械手的新型水下对接装置,对其在对接作业过程中的运动作了分析,并进行了仿真研究。     

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.     

F湖声场简正波建模

近年来，已发展了水声场建模的多种算法，不同模型分别适用于不同的场合，在特定环境下，对不同的距离范围，不同的频率范围，各模型有不同的计算效率和不同的计算精度。中简要介绍了F湖的声学环境，讨论了F湖典型环境条件下的简正波建模问题，并计算了典型水条件下的传播损失。     

UUV海底定点停驻受力特性及稳定性分析

在简单介绍海底定点停驻UUV概念及工作过程的基础上,建立了其在海底时的稳定性分析模型,并推导出了航行器负浮力、主轴与两支撑点之间的半角θ、流体动力Fx、Fy之间的关系。为了研究航行器在海底时的流体动力特性,采用Ansys ICEM对其离海底不同距离及海底有不同倾角时的情况进行结构化的网格划分,并应用CFX软件对其在不同水流速度下的外围流场进行数值仿真,得到了其在海底时所受侧向力、升力随距海底的距离、海水流速及海底倾角的变化趋势。最后,对航行器在海底时的稳定性进行了分析并得到了一组能够保证航行器海底稳定的较好参数。     

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.     

一种水下自航器实时控制半实物仿真系统

介绍了一种水下自航器实时控制半实物仿真系统。为保证控制的实时性,系统采用双机并行工作,利用PC机求解水下自航器运动方程,工业控制机实现控制算法。文中阐述了系统硬件结构及工作原理,介绍了实时仿真软件和实时控制软件,最后给出了一种变结构控制方案在该系统上的试验结果。结果表明,该仿真系统结构合理可靠,容易编程,仿真算法完全满足实时仿真要求。     

无人水下航行器PID神经网络解耦控制

通过无人水下航行器动力学分析和运动建模,将系统解耦为航向、横滚、纵向三通道控制系统。为了消除解耦过程中存在的问题,采用PID神经网络控制算法来实现三自由度的独立控制。仿真结果表明,该控制方法不仅减少了计算时间,提高了响应速度,而且具有超调量小、稳态精度高等控制品质,对无人水下航行器的实际应用具有一定意义。     

水下航行体垂直出筒流体动力特性研究

采用数值仿真的方法研究了水下航行体垂直发射出筒过程多相流场和流体动力特性演化规律．结 合动网格技术,采用多相流Mixture模型、Singhal空化模型及标准的A—s湍流模型,对混合流场的RANS方 程进行求解,进而求解了水下航行体运动的固体边界与运动流场相互作用形成了流一固耦合问题,使用此方 法,实现了在重力影响下水下航行体垂直发射出筒过程和流体动力特性进行数值模拟研究,分析了高压气团 对航行体出筒过程中的水弹道及其流体动力特性的影响,分析了航行体压差系数、粘性系数和总力系数波动 的原因