水下循迹航行器水动力学性能数值研究

为了研究低速水下循迹监测航行器的水动力学性能数值计算问题,采用FLUENT软件和SST剪切应力输运模型,通过雷诺时均N-S方程分析流速一定的情况下,取不同攻角、不同水平舵角作为来流条件,研究未安装推进器以及安装推进器且其安装位置不同时,航行器的升力系数、俯仰力矩系数、表面压力分布和流场速度的变化规律。结果表明:在未安装推进器以及推进器的安装位置不同时,随着攻角的变化,升力系数呈线性变化,俯仰力矩系数呈非线性变化;随着水平舵角的变化,升力系数和俯仰力矩系数呈线性变化。当推进器安装在航行器头部时,对航行器流场压力和流场速度变化影响最大;当安装在航行器尾部时,对二者影响最小。对于低速航行器,应尽量将推进器安装在中间靠后位置,以提高航行器的水动力性能。升力系数的试验结果与数值仿真结果之间最大相差7. 51%,阻力系数的试验结果与数值仿真结果最大相差5. 84%,均吻合较好。研究结果可以为低速水下循迹航行器的优化设计和发展提供理论参考。     

水下航行体垂直发射环境流场与弹道耦合数值模拟研究

本文采用Mixture多相流模型、标准k-ε湍流模型和动网格技术对水下航行体发射过程进行了三维非定常求解。通过对航行体水下发射过程多相流场及弹道耦合计算,获得了航行体表面压力以及流场三维特性分布,探讨了发射平台运动速度以及发射水深变化对航行体受力和运动特性的影响。研究结果表明,发射平台运动速度的增加会引起航行体所受环境法向力和俯仰力矩的增加,直接导致其出水过程横向速度和俯仰角速度的变化量线性增加;发射水深的增大会影响航行体的出水时刻,但其对航行体所受水动力及运动特定的变化影响较小。     

超空化航行体原理试验模型结构设计

设计并研制了通气超空化航行体水洞试验模型,给出了航行体空化器、航行主体、控制舵的设计原理与方案。利用该模型在西北工业大学水洞实验室实现了航行体超空化状态的形成原理与过程、航行体超空化状态下力的平衡原理、航行控制原理与实现方法等演示验证试验。实验结果表明,该模型设计原理与方案是正确的,模型的研制是成功的。     

基于组合优化方法的UUV耐压壳体优化设计研究

无人水下航行器(UUV)的壳体重量大小直接影响到其整体性能。只采用一种优化方法进行耐压壳体结构优化设计很难得到真正的全局最优解,笔者以自适应模拟退火算法、多岛遗传算法和序列二次规划算法为基础,建立了两种不同的组合优化方法,在一定程度上能够确保解的全局最优性。基于该组合优化方法,利用iSIGHT软件,集成自编的肋骨加强薄壁壳体结构的应力及稳定性计算程序,对无人水下航行器(UUV)耐压壳体结构进行优化设计。通过对优化设计前后耐压壳体结构的强度、稳定性及重量进行比较分析,结果表明:采用组合优化算法优化设计得到的无人水下航行器(UUV)耐压壳体在满足壳体结构强度和抗压稳定性要求下,壳体重量极大程度地降低,实现了结构优化。     

无人水下航行器搭载鱼雷发控的可行性研究

针对无入水下平台实施反潜作业时指控系统的构建以及水下平台携载武器的性能参数等问题,研究了水下平台携载武器的发射初期的弹道与发射参数的关系;具体设计了无入水下平台实施反潜作业的指控系统架构图和发射参数与初始弹道的关系的三自由度仿真;提出了水下武器的发射速度和管制舵角的设置区间.通过仿真实验验证了发射参数与初始弹道的关系,实验结果表明:只有发射速度和管制舵角处于合理的区间内,携载武器才能保持合适的初始航行姿态,使命中目标的概率得到大幅提升.     

概率圆方法在水下航行器制导精度鉴定中的应用

随着我国远航程、高精度自主水下航行器（AUV）的发展，迫切需要一种实用、有效的制导精度鉴定方法，尤其是在小子样条件下。本文提出将导弹落点精度鉴定中的圆概率方法用于AUV制导精度鉴定中。该方法根据批次试验中，落入对应一定概率的概率圆中的次数做出该批次产品是否满足制导精度的判断，并给出使用方和研制方的风险分析。最后以仿真实例说明了该方法的有效性。作为一种简单有效的鉴定方法，概率圆法有着很好的工程应用价值。     

一种考虑时钟同步问题的多AUV协同定位算法

在多自主水下航行器（multi-AUVs）协同导航系统中,领航AUVs配备高精度导航定位设备,跟随AUVs配备低精度导航设备,领航、跟随AUVs均配备水声通信设备,跟随AUVs利用领航AUVs的广播信息获得其与领航者间的距离。本文针对领航AUVs与跟随AUVs问的时钟不同步问题,给出了AUV时钟相对偏移与相对漂移模型,并将跟随AUVs的时钟偏差作为未知量,提出了一种考虑时钟同步问题的multi-AUVs协同定位算法。仿真结果表明,该算法不仅可以大幅度提高跟随AUVs的协同定位精度,而且能够随时对跟随AUVs时钟误差进行估计,有效地提高了multi-AUVs协同导航系统性能。     

一种基于双圆域的AUV自主导航定位精度计数考核方法

导航定位精度是自主水下航行器（AUV）一项重要的技术指标。基于概率圆计数考核方法,取概率圆半径较小时,当AUV的导航精度远低于指标时不利于快速做出判定;而取较大时,当AUV导航系统存在较大的系统偏差仍有可能判定为合格。针对上述不足,该文根据AUV的基本轨迹及其航行轨迹测量的特点,提出了一种基于双圆域的AUV导航定位精度计数考核方法,通过研制方和用户方风险共担的原则合理调整2个圆域的半径,不仅可以在AUV实际导航定位精度远低于指标要求情况下进行快速判定,而且有助于降低导航系统的系统误差对考核的影响。仿真验证表明,该方法科学、合理,具有工程应用价值。     

基于贝叶斯原理的小子样试验导航误差评定方法

针对鉴定试验花费大、周期长的问题,提出一种水下无人航行器导航误差小子样贝叶斯试验CEP评定方法。该方法综合运用大量验前子样,对其进行相容性检验,以确定有效的验前子样,并运用统计推断理论获取验前信息。根据在验收试验中获取的验后子样获取验后信息,利用贝叶斯理论推出无人航行器满足CEP指标的概率。实例结果表明了方法的有效性和实用性。     

国外无人反水雷装备及技术发展

随着“零伤亡”战争理念日趋深入人心,雷区无人化已逐步成为未来水雷战的发展趋势,无人系统作为新质作战力量,其在反水雷领域的应用发展备受瞩目,值得深入研究。根据国外无人反水雷发展现状,梳理对比了无人水下航行器、无人机、无人艇在反水雷领域应用的技术特点和典型装备技术战术指标,阐述归纳了无人反水雷装备发展在能源动力、自主控制、协同控制、布放回收及隐蔽隐身等方面的关键技术,并针对遥控方式、通用设计、功能拓展、协同发展等方面总结分析了未来发展趋势,可为我国无人反水雷发展提供一定的参考。