附体对潜艇兴波尾迹的影响分析

基于RANS(雷诺时均)方程和Realizable k-ε湍流模型,采用Simple算法求解压力-速度耦合项,建立了求解水下潜体兴波阻力的数值模型,并对潜艇近水面航行时的兴波特征进行了模拟.首先进行了网格及时间步长的收敛性验证,并验证了本数值模型的准确性.接着计算了SUBOFF潜艇在裸艇工况下以不同潜深航行时的兴波阻力,并针对特定潜深研究了潜艇在不同附体工况下以不同航速航行时的兴波特性.研究表明:当潜艇在弗劳德数为0.5附近时,兴波阻力系数最大;当潜深接近1/2艇长时,兴波阻力系数接近0;当单独存在尾翼附体时,会产生较大的兴波,驾驶舱与尾翼附体同时存在则会减少该影响;潜艇表面形状的突变会产生较大的压力变化.     

小型航行体近水面纵向运动鲁棒控制

质量较轻的小型航行体在近水面运动时易受波浪力干扰,影响运动稳定性和控制精度,为抑制干扰,在建立纵向平面动力学模型的基础上,采用H_∞混合灵敏度鲁棒控制方法设计了小型航行体近水面纵向运动控制器,建立了近水面波浪力模型,并结合所建立的波浪力模型进行了小型航行体纵向运动控制的数学仿真和半实物仿真实验研究. 结果表明,所设计的控制器调整时间短,超调小,鲁棒性较强,可较好地解决小型航行体近水面航行时的波浪干扰问题,为小型航行体总体控制系统设计提供参考依据.      

三体船升沉和纵倾计算及其对兴波阻力的影响

基于三维Rankine源方法迭代计算三体船静水航行时的兴波阻力、升沉和纵倾.计算过程中采用NURBS曲面表达船体,根据迭代计算得到的升沉和纵倾确定船体平均浸湿表面,并用铺砌法对其进行全四边形网格划分,计算三体船及其中体的兴波阻力、升沉和纵倾.计算结果与试验结果比较表明,所提方法能够较准确地预报三体船静水航行升沉和纵倾,且考虑升沉和纵倾后,三体船兴波阻力数值计算精度有明显改进.     

波浪在潜堤上破碎的数值分析

为模拟潜堤上的波浪破碎,在高阶Boussinesq方程中引入二阶紊动粘性项,建立了考虑波浪破碎的Boussinesq数值模型.在非交错网格下利用预报—校正的有限差分法求解控制方程,其中预报采用了三阶Adams-Bashforth格式和校正采用四阶Adams-Mouhon格式.利用数值模型,通过数值试验,再现了波浪在不同坡度的潜堤上破碎演变过程.首先通过一组地形,将计算波面的时间历程与实验结果进行了对比,讨论和分析了二阶紊动粘性项中启动破碎的参数对数值计算结果的影响,给出模拟该问题时最优参数取值,进而通过其他两组地形的数值计算结果验证参数取值的合理性.     

动态轴向载荷对超空泡航行体振动特性的影响

根据超空泡航行体水下运动特点,理论分析了作用在航行体上的动态轴向载荷,并采用有限单元法对超空泡航行体自由振动特性和动态轴向载荷作用下的动响应特性进行了数值仿真研究.数值计算结果表明:超空泡航行体轴向分布的径向振动模态具有颈缩特点,其振型呈现喇叭状,首阶径向振动模态固有频率为238.13 Hz;动态轴向载荷作用下超空泡航行体壳中各部分的振动特性不完全相同,特别是锥壳首部,其应变幅值逐步累积直至达到一个稳定的水平;在超空泡航行体上工作的设备需要避开一定的工作频率才能稳定工作.     

水下航行体行进阻力与自由水面兴波实验和数值研究

采用物理模型实验与计算流体力学方法,对潜艇不同潜深和弗劳德数条件下的阻力与自由水面兴波进行了研究,并通过多项式拟合对不同潜深条件下阻力随弗劳德数的变化关系进行了分析．研究结果表明,当潜深较大时,潜艇阻力与弗劳德数呈二次幂的关系,且拟合相关度较高;当潜深较小时,二次多项式拟合相关度降低．阻力随潜深的变化基本上先增大而后减小,弗劳德数较高时变化较为剧烈,弗劳德数较低时变化较为缓慢,且当潜深足够大时阻力不随潜深变化而改变．数值结果表明,弗劳德数的增加与潜深的减小均将导致自由水面波长和波幅的增大,兴波能量增加,潜艇克服阻力做的功增加,从而导致潜艇的阻力增大．     

基于联合操舵的水下航行器幂次滑模定深控制

针对水下航行器垂直面定深控制问题,提出一种将深度误差和纵倾误差同时分配给艏舵和艉舵的艏艉联合操舵控制策略.该操舵策略克服了用单舵控制水下航行器垂直面深度运动存在的不足,并兼顾了航行器在同时进行深度控制和纵倾控制时存在的耦合作用,满足工程实际应用需求.基于李雅普诺夫稳定性原理设计了艏艉联合操舵滑模控制算法,该算法通过引入幂次趋近律加边界层的方法消除了控制过程中的"抖振"现象.最后通过仿真试验表明:所提出的艏艉联合操舵策略能够在小范围纵倾变化下实现快速的深度跟踪,验证了该操舵策略的有效性和优越性.     

两端固支热弹耦合运动梁的稳定性

目的 研究两端固支耦合热弹运动梁的稳定性.方法 根据D'Alembert原理和考虑变形影响时的热传导方程,得出梁的耦合热弹运动微分方程,采用微分求积法得到特征方程.结果 对两端固支耦合热弹运动梁的复频率进行了数值计算,分析了无量纲热弹耦合因子、无量纲运动速度对梁的临界速度和稳定性的影响.结论 随着无量纲热弹耦合因子的增大,轴向运动梁的前三阶模态的复频率实部增大,一阶模态失稳的临界速度也增大.     

灵巧航行体半实物仿真系统设计方法与应用

以新型灵巧航行体研发为背景,针对其近水面运动易受波浪力干扰、舵面受力复杂等问题,通过建模与仿真解耦设计、环境条件自动切换等方法设计了模拟灵巧航行体水中工作环境的半实物仿真系统,并在此基础上进行了实时仿真计算能力试验、灵巧航行体半实物仿真试验研究和波浪干扰试验研究. 结果表明,应用所建立的设计方法构建的半实物仿真系统解决了灵巧航行体近水面运动姿态控制系统半实物仿真的需求,可为灵巧航行体的姿态控制系统设计和实航试验提供重要参考依据.      

分数阶时滞系统的稳定性

文章讨论了分数阶线性系统的稳定性问题,其中一部分状态含有时滞。借助Laplace变换,引入时滞系统的特征方程,最后,利用特征方程的根全部具有负实部则系统稳定的性质对系统稳定性进行了分析。     

四阶特征方程判定地效翼船动稳定性的适用范围

在分析五阶方程各模态特性的基础上,通过特征多项式根与系数的关系,证明了四阶方程动稳定不能确保五阶方程一定动稳定;同时通过四次与五次特征多项式的分析比较,给出四阶方程作为五阶方程有效近似的判定准则,作出判定曲线,得到四阶方程适用的飞高范围,并分析了各种气动导数的变化对动稳定性的影响,为设计提供必要的依据。     

地效翼船纵向稳定性与操纵性研究

纵向稳定性一直是地效翼船发展中面临的问题之一．以状态方程作为描述地效翼船的数学模型,研究了地效翼船在飞行状态下的纵向操纵性与稳定性．根据特征方程常数项系数,直接判定静稳定性,分析了主要气动导数对静稳定性的影响,认为Ｃｍｚ取接近于零的正数既有利于静稳定性又能简化静稳定性的判定条件．根据特征根,判定动稳定性,作出模态矢量图,并分析了三个模态的主要特性以及状态变量在各模态中的反映;分析了在从自由空间到地效区的过渡区域,忽略速度变化的四阶运动方程所得的动稳定性与五阶方程所得的动稳定性不一致的原因,指出在这一区域尤其要注意四阶方程的有效性．最后,从现代控制理论的角度提出纵向操纵性的研究思路     

水平边界条件下深孔微差爆破的数值模拟

目的 研究水平边界条件下深孔微差爆破的作用机理。方法 采用动态非线性有限元法对单个水平自由面深孔微差爆破进行数值模拟。根据模拟结果分析岩块运动和槽腔内岩块的破坏方式。结果 孔底部分的岩石主要以冲击压缩破坏为主,而自由面附近的岩石主要以层裂破坏为主。结论 掏槽孔的爆破作用和微差时间的确定是影响微差爆破的重要因素,使用含定向裂纹的弹塑性模型可较好地描述脆性岩石本构行为。     

与输出变量相关的非线性三阶系统运动行为

对三通阀控制液压缸的研究,主要采用传递函数来建立其数学模型。这种方法将稳定性局限于工作点附近,且不适合用于讨论全工作范围内的系统稳定性,以及系统结构参数变化对系统带来的影响。为了突出液压缸容腔中油液体积变化对系统非线性的影响,这里采用将阀口流量方程表达成增量形式,利用流量连续性方程和液压缸负载动力学方程,建立了适合于全工作范围的阀控缸系统数学模型;并以此建立了与输出变量相关的三阶非线性微分方程。借助状态空间表达式的方法,对方程进行研究,讨论了方程的李亚谱若夫意义稳定性;并侧重讨论了系统输出量运动行为中的极限环和初值敏感行为。结果表明:液压缸容积随位移这一输出量变化是导致阀控缸系统非线性重要因素;并在各阶微分系数中均有体现;在平衡点附近,微小的初始值变动会使系统运动行为产生较大变化;方程系数取值在某些特定的范围时,系统运动行为呈现出极限环;最后,确定出方程稳定的系数取值区域。     

二维数值波浪水池中的潜体绕射试验

在摇板式造波机生成的二维数值波浪水池中进行了潜没圆柱的模拟绕射试验。先在频率域中确定造波机的运动形式 ,并在时间域中模拟摇板运动生成带有波前的高品质Stokes波的过程 ,作为入射波条件。数值造波和数值绕射试验采用边界积分方程的时间步进法 ,探讨了在自由面和板面交点处自由面条件与物面条件的相容性、开边界辐射面边界条件、时间与空间域上的数值离散方法等 ,得到了稳定、合理的波形和波浪力时域非线性结果 ,并与相应的频域二阶解的结果作了比较 ,证实了本数值波浪水池试验方法的适用性。     

基于VOF法的近自由面水下爆炸气泡运动数值模拟

对于近水面水下爆炸气泡的运动特性,在结合SOLA算法差分格式,利用投影算法对气泡的控制方程进行数值求解的基础上,基于VOF法进行了数值模拟,并利用MSC.DYTRAN软件进行仿真分析,通过对两者的分析结果对比研究. 结果表明,基于结合SOLA算法差分格式的投影算法,利用VOF法可对水下爆炸气泡各时刻的运动界面进行较精确的捕捉和重构,从而实现精确追踪水下爆炸气泡脉动全物理过程的运动界面. 同时,也研究了距离参数对气泡坍塌、射流及环状气泡的影响,掌握了距离参数对近水面水下爆炸气泡运动特性的影响.      

散货船配载仪中完整稳性计算方法研究

为提高散货船配载仪中完整稳性计算精度,基于船舶三维设计数据对完整稳性进行了计算.首先通过对三维设计模型切片得到每个肋位处横剖面型值数据;然后对横剖面型值数据进行等距偏移模拟板厚,得到各肋位处的外板数据;再通过水线面与外板数据求交计算该浮态下的船舶参数;最后按照不同完整稳性计算方法计算复原力臂,绘制出不同载况下的船舶复原力臂曲线.以38 300t散货船RUI AN CHENG为例,分别采用固定纵倾法和自由纵倾法对其3个典型载况进行实例计算.结果表明,采用静平衡下的自由纵倾法与NAPA计算结果更为接近,复原力臂平均误差为0.003 7m,最大误差为0.009 4m,验证了基于三维设计数据进行完整稳性计算的准确性及可行性.     

遗传算法在船舶自由浮态计算中的应用

根据船舶自由漂浮的平衡条件,将自由浮态计算归结为多目标约束优化问题,并引入遗传算法(GA)对该优化问题进行求解．在船体曲面和甲板的非均匀有理B样条(NURBS)曲面表达基础上,应用GA算法,采用实数编码方式,对船舶自由浮态进行计算,在实践中对GA算法进行必要的改进,提高进化速度,并编程实现．通过对两条实船完整浮态和破舱浮态进行计算,并与传统方法的计算结果对比表明,用GA来解船舶自由浮态的方法是简单可行的．由于该计算是基于曲面表达的计算,故比二维表达基础上的计算更精确．与其他迭代方法相比,它不需要人为给定初始迭代点,只需给出船舶总重量和重心位置;设计变量直接取吃水、横倾角和纵倾角,不必预先计算倾角的正切值,使用方便．     

具有多时滞和多参数的双向环状网络的稳定性

针对具有多时滞和多参数的四元双向环形神经网络系统进行动力学分析,首先在平凡解附近对系统进行线性化处理,得到系统的特征方程。然后对特征方程进行因式分解,将其分解为四个一阶指数型多项式的连乘。进而,利用指数型多项式零点分布性质,建立系统与时滞相关及与时滞无关的稳定性充分条件。此外,将所得结论与已有文献中的结果做了详尽的对比分析,并利用数值模拟佐证了理论分析的有效性和优越性。     

随浪中船舶大倾角横摇稳性的研究

对随浪中船舶大倾角横摇稳性的特点进行了介绍和分析,提出了一种新的研究船舶发生大倾角横摇时的稳性力臂的方法,在运用逐步逼近法计算每个横剖面的左右侧的浸深时,考虑了在横摇过程中由于船舶首尾不对称造成的纵倾对每个横剖面浸深的影响,以及横摇过程中所发生的纵倾运动对横摇稳性的影响．然后,根据随浪中重力与浮力平衡、纵倾力矩之和为零这两个条件,运用matlab数学工具语言的迭代算法求出了纵倾角,以及水线面修正层厚度,进而绘出了随浪中的稳性力臂曲线．最后,通过实例计算与分析验证了该方法是可行的．