水下无人航行器折叠气囊充气展开特性模拟研究

为深入了解水下航行器助浮折叠气囊的充气展开行为,对水下环形折叠气囊的充气展开特性进行相关研究。基于初始矩阵法,建立环形助浮折叠气囊的有限元模型。基于控制体积方法,采用有限元分析软件LS-DYNA进行折叠气囊的展开仿真计算。通过与地面展开试验的初步对比,验证气囊环向折叠建模方法的有效性。考虑不同水深带来的外部压力效应不同,进一步分析充气压力、充气管径、水深、环境热交换等设计参数对水下折叠气囊展开过程的影响。结果表明：气囊极限工作深度随充气压力的升高而线性增加;充气时间随充气管径的增加而减小;环境与展开系统的传热作用主要发生在气囊与环境之间,在气囊与气瓶充气平衡后进行,气囊完全展开的时间随着传热系数增加而减小。     

水下航行体充气上浮仿真方法研究

为研究气囊展开对水下航行体充气上浮过程中的姿态变化以及运动轨迹的影响,提出一种多学科协同仿真方法。建立水下气囊的展开动力学模型,基于控制体积算法获得气囊充气展开过程的体积膨胀率曲线;在保持气囊体积膨胀率等效的条件下,建立可以同时耦合航行体6自由度刚体运动和气囊局部变形的水动力模型,并基于Navier-Stokes方程进行计算。通过仿真计算,得到水下航行体充气上浮的精细化过程,并获得水下航行体上浮时合力分量的时间历程曲线和姿态变化数据。结果表明:气囊的增浮作用能有效实现航行体的上浮回收;在上浮过程中,由于漩涡结构的不对称性使得航行体受到一定侧向力的作用,上浮时处于螺旋上升过程;上浮时,航行体会受到水流提供的竖向力作用,因此为加快上浮,上浮前应尽量调整航行体的攻角为正。     

基于Matlab/Simulink的水下航行器建模与仿真

为便于对水下航行器的运动弹道和运动控制进行计算机仿真,建立一种基于Matlab/Simulink的水下航行器模型。利用矢量化建模方法,给出水下航行器6自由度空间运动数学模型,详细论述Simulink建模过程和S函数的实现方法,并应用所建立的Simulink模型,对水下航行器的开环运动、操纵性以及闭环运动控制相关问题进行仿真。仿真结果表明,该系统符合水下航行器的实际运动规律。     

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。     

航行器水下筒式发射过程中浮筒水面分离运动仿真

航行器水下筒式发射过程中,水面分离是一个重要环节,影响到分离后航行器的飞行姿态。针对此问题,分析了水面分离时浮筒和航行器的受力情况,通过切片法建立航行器水面分离过程中的水动力模型,并利用MATLAB建立了浮筒水面分离的有效仿真模型,展示了分离过程中航行器参数的变化历程。通过与水池试验得到的结果比对,验证了仿真模型及方法的可靠性。仿真结果表明,在水面分离过程中航行器和浮筒的俯仰角速度绝对值逐渐减小。     

基于单回转体矢量推进AUV的数学建模

根据某种矢量推进器的结构及原理,对这种矢量推进方式下的自主水下航行器进行运动学和动力学分析,基于经典的动量和动量矩定理,建立该矢量推进方式下自主水下航行器的数学模型,并对其运动参数进行仿真。仿真结果表明:该模型符合水下航行器的实际运动规律。     

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。     

新型随控布局水下航行器近水面运动非线性模型研究

采用随控布局的新型水下航行器配备有多个不同方向的推进器,实现了直接升力控制和直接侧向力控制,具有巡航和悬停2种运动模式。文中详细分析并建立了不同运动模式下的流体动力模型以及环境因素的扰动作用模型,建立了新型水下航行器的6自由度非线性低频运动模型以及波浪作用下的高频运动模型,并进行了计算机仿真。仿真结果表明,该模型不仅可以模拟航行器的巡航以及悬停运动状态,还可以描述航行器的低频运动和高频运动状态,为航行器近海面运动的控制系统设计与仿真提供了参考。     

四旋翼碟形自主水下航行器运动方程建立与流体特性仿真研究

四旋翼碟形自主水下航行器（AUV）是一种新型水下航行器。为研究此航行器的流体动力特性,建立了四旋翼碟形AUV的三维模型,并定义了参考坐标系和广义特征参数;在其体坐标系中根据动量和动量矩定理,建立了广义参数定义的AUV六自由度动力学方程和运动学方程;采用计算流体力学方法,基于Ansys CFX流体分析软件,在的0°~90°攻角范围内,对航行器运动过程中的流体动力特性进行了仿真研究,并绘制了其特性曲线。仿真结果表明：在0°~15°攻角范围内,航行器具有较低的流体阻力,适宜做定深运动;在30°~50°攻角范围内,航行器具有良好的升力特性,适宜完成曲线潜浮运动。     

一种水下航行器组合导航系统研究

设计了一种采用陀螺罗经和多普勒速度仪组合加GPS间歇校正的水下航行器组合导航系统，建立了该组合导航系统的无迹卡尔曼滤波模型，并利用MATLAB软件对其进行了数学仿真验证。从仿真结果看出，陀螺罗经的误差值与陀螺罗经误差滤波估计值基本吻合，这表明，GPS间歇校正的引入可以实现航行器位置高精度校准和陀螺罗经随机常值误差的准确估计，该组合导航系统能够满足一般水下航行器的导航定位的需要。     

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.     

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.     

水下航行器热动カ系统固体药柱燃烧模型与仿真

药柱的几何形状、尺寸和燃烧面积直接决定着水下航行器动力系统的启动特性，也影响着推进剂供应管路的设计，所以对药柱的燃烧特性进行精确建模。在建立药环和2种药柱的燃烧模型的基础上，同时引用其它部件数学模型，建立动力系统启动过程的完整数学模型，并采用Mat-lab进行仿真实验计算，研究2种药柱对启动过程的影响。结果表明，改进后的实心药柱能够很好地改善水下航行器热动力系统启动过程。     

水下航行器多推进器动力定位控制

主要研究远程低速水下航行器在大攻角和大侧滑角情况下不依靠舵而仅依靠垂推和侧推来实现动力定位,通过对水下航行器应用非线性控制方法实现水下航行器在纵平面内的爬潜定位和水平面内的旋转定位。分别建立水下航行器在攻角和侧滑角为90。的纵向和侧向在有2个垂推和2个侧推情况下的非线性运动模型,选用变结构控制方法进行控制,仿真并得到比较理想的效果。     

基于移动长基线的水下航行器定位和跟踪技术研究

针对对水下大范围工作的水下航行器的定位和跟踪,根据水声测距原理,提出了一种基于移动长基线的水下航行器定位与跟踪方法。该方法克服了常规长基线定位系统存在校准测量工作量大、工作时间短、仅能实现单水下航行器固定区域定位等缺点。该方法主要是利用安装有同步时钟、GPS和应答器的无人水面船来实现,在时间同步的基础上,由水下航行器发射水声信号,水面船接收到信号后通过声信号传播时延来计算水面船和水下航行器的距离,并结合多个无人水面船利用GPS获得的位置来解算岀水下航行器的绝对位置,从而实现多水下航行器大范围的定位与跟踪。在研究过程中,基于球面交会模型,利用最小二乘方法建立了基于移动长基线的水下航行器定位与跟踪算法。仿真结果表明,该方法可以较好地实现水下航行器的定位与跟踪。     

水下航行器舱门开启过程仿真

针对水下航行器的舱门在开启过程中航行器外形会发生变化的情况,对航行器舱门开启过程的流体特性进行仿真分析。根据舱门开启过程的流体特性,将得到的流体系数作为航行器动力学方程参数的变化曲线,对舱门开启过程的运动进行了仿真,并给出详细的计算过程。仿真结果表明:该舱门开启过程设计合理,随着舱门的开启,虽然航行器的速度和攻角有所下降,但各物理量的变化幅度仍然在常规范围内,该方法为水下航行器存在外形变化时的运动仿真提供了思路。     

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。     

基于Kane方法的波浪驱动水下航行器动力学模型建立

基于多体系统动力学理论,定义并选取适当的坐标系和广义坐标,对波浪驱动水下航行器多体系统进行运动学分析,得到各部分的速度和加速度;基于Kane方法进行动力学分析,计算各部分的偏速度和偏角速度,进而求得系统的广义主动力和广义惯性力。将系统的广义惯性力和广义主动力代入Kane方程中,得到波浪驱动水下航行器多体系统动力学模型。在受力分析中,不仅考虑了惯性力、惯性力矩、重力和浮力以及流体动力,还重点分析了波浪力和多体系统的附加质量力。对波浪驱动水下航行器进行了运动仿真,仿真结果显示航行器航行稳定,所建立的模型是有效的。     

潜射导弹运载器的水弹道控制及近水面航行的稳定性分析

文中在介绍导弹运载器水下六自由度运动模型建立方法的基础上,利用Matlab对运载器在大深度发射情况下的控制方案及水中运行弹道进行了数学仿真研究,同时利用Simulink模块对运载器近水面航行的稳定性进行了分析,并给出仿真结果.     

航行器小角度入水跳弹过程研究

为研究跨介质航行器小角度入水的跳弹现象,基于计算流体力学软件CFX构建数值计算模型,并验证了该模型的准确性和适用性。分别对跨介质航行器不同顶角、密度及设计的环形槽类截头外形的小角度入水跳弹过程进行仿真研究,并分析了整个跳弹过程及角加速度、角速度、位移的变化规律。研究结果表明：航行器的顶角角度和密度越小,其弹道越易向上发生弯曲,越容易发生入水跳弹现象,而浸水阶段角速度突变是由于航行器尾部与水面拍击造成的;环形槽类截头尖拱体航行器具有一定的抑制跳弹的作用,其环形槽的位置对入水跳弹过程影响较大,可根据任务需求对环形槽位置进行选择。