大攻角时的潜艇操纵控制技术

在潜艇六自由度空间运动方程基础上,将潜艇的功能子系统分解为航向控制、横倾控制和潜浮控制3个子系统.针对3个功能子系统分别提出了潜艇大攻角非安全运动状态下的非线性鲁棒滑动控制算法,使得潜艇可以在较短的时间内由大攻角非安全运动状态转变为无攻角安全运动状态.在整个自动控制过程中,非线性鲁棒滑模控制器给出的指令舵角合理、无抖动.仿真算例验证了所提出算法的有效性.     

潜艇大攻角非稳定运动时的水动力计算方法

将艇体看作回转体，在轴线上分布离散的点源模拟艇体，用升力面理论的涡环栅格法模拟附体；用分离涡模型考虑大攻角时的边界层分离效应，并将三维稳定流动的分离问题简化为二维非稳定流动的分离问题。非稳定运动时，结合潜艇六自由度空间运动方程计算水动力，同时预报潜艇的运动。     

振荡翼改进模型的水动力性能分析

为了改善水翼的水动力性能,提高振荡翼的能量转化效率,基于传统运动模型提出了改进模型.利用Fluent建立了翼型的网格模型,并从水翼在运动过程中攻角(AOA)的变化及漩涡结构等方面分析了改进模型在不同运动参数下的水动力性能及能量转化效率.结果表明:改进模型在较长时间段内维持较大的升力系数,提高了水翼的水动力转化效率.与传统运动模型相比,在相同的最大攻角下,提出的改进模型有更好的水动力性能,且其能量转化效率超过40%.     

回转体潜器在循环水槽中垂直面大攻角操纵性试验

以半尺寸SUBOFF潜器模型为研究对象,在循环水槽中利用平面运动机构完成包含不确定度分析的模型垂直面静态操纵性试验研究.测试内容包括:潜器在±60°攻角内、流速在1.0～1.2 m/s间的纵向力、垂向力及纵倾力矩.根据试验结果利用分段函数归纳了潜器垂直面操纵运动的数学模型,并应用最小二乘法拟合操纵性方程中的各项水动力系数.试验结果表明:测得无因次水动力的总不确定度较小,试验方法切实可靠;试验垂向力与纵倾力矩的无因次值随攻角值的增加而增大,纵倾力矩的无因次值在攻角超过±25°范围的非线性与非对称性十分明显;分段函数更适用于描述大攻角工况下的潜器垂直面操纵运动.     

潜艇应急上浮运动稳定性与分叉分析

应用非线性系统运动稳定性与分叉理论和同伦延拓数值计算方法,分析了潜艇应急上浮运动的稳态响应及运动稳定性,并通过潜艇大攻角六自由度运动方程数值积分的动态仿真,验证了所得动态仿真与数值分析结果的一致性.研究了航速、升降舵、方向舵和剩余浮力及其作用位置对潜艇应急上浮运动稳定性的影响.结果表明,潜艇应急上浮运动在左右舷对称的情况下,并不限于垂直面内,可能出现横滚,在某种临界条件下,该运动可能失稳而出现分叉现象,用奇异性与分叉理论对分叉现象进行了分析,为潜艇应急上浮的操纵与控制提供了理论依据.     

水动力系数对潜艇运动响应的影响

潜艇的标准空间运动方程中有近一百个水动力系数,这是研究操纵性的主要依据。为了便于进行操纵性能的估算和水动力系数的测定,有必要将水动力系数,按其对潜艇运动响应的影响程度、划分成A、B、C、D、E类。本文以某深潜救生艇为具体研究对象,取该艇在水平面和垂直面中,Z形操纵时的超越和快速响应作为特征,来比较诸水动力系数的影响程度,从而阐明了水动力系数分类的一般原则和方法。最后,在本文末列有由数字计算机计算出的结果和部分曲线。     

无监督学习的潜艇模型智能简化策略

针对潜艇运动方程复杂、耦合性强,水动力系数测量周期长等问题,引入了水动力系数敏感性指数,量化水动力系数对潜艇姿态的影响程度。在简化传统直接阈值法的基础上,提出了基于无监督学习K-means聚类的阈值聚类法。利用9个特征参数简化潜艇运动方程。研究结果表明:在简化项数相同时,阈值聚类法的特征参数中,除战术回转直径外,其余8个特征参数的误差均小于或者等于直接阈值法,且阈值聚类法的最大误差为3.850%,最小误差仅为0.008 3%。     

螺旋桨负荷系数对潜艇操纵运动的影响

论述了螺旋桨负荷系数对潜艇操纵运动的影响．通过分析试验数据,获得了螺旋桨负荷系数对潜艇水动力的改进数学模型．应用这一数学模型,对潜艇在螺旋桨变负荷情况下的大机动运动特性进行了分析,计算表明螺旋桨负荷系数对这类机动具有明显的影响．     

潜艇稳定回转水动力的数值仿真分析

基于计算流体动力学(CFD)和结构化网格,应用通用软件FLUENT数值求解不可压缩RANS方程.采用定常旋转坐标系,对在Re=6.5×106不同漂角条件下预报潜艇做单平面回转运动的水动力.对比试验数据表明,力和力矩预报精度误差在工程允许误差范围内,符合工程实用条件.     

基于重叠网格的潜艇旋臂试验数值模拟

潜艇水动力系数和流场特性对其操纵性的研究具有重要意义.为研究潜艇的定常回转运动,应用重叠网格法,对全附体潜艇回转运动的流场进行了数值模拟,并结合计算结果对潜艇回转的涡结构、艇体周围压力分布、速度场等流场结构进行了水动力分析.结果表明:重叠网格法对角速度系数的预报精度基本可以满足工程需求,但远不如对速度系数的预报精度;重...     

基于DATCOM承载电动无人机纵向稳定性操纵性分析

为分析承载电动无人机在初步设计阶段的纵向稳定性和操纵性,并进一步为飞行控制系统设计提供参考数据,通过使用DATCOM软件计算其气动系数,应用小扰动法将非线性运动方程化为线性,并使用MATLAB软件计算其纵向运动特征方程的方法,研究了无人机承载前后的纵向稳定性和操纵性。结果表明：承载电动无人机在加装载荷前后都具有良好的纵向稳定性和操纵性;承载后的速度、俯仰角、迎角和俯仰角速度受扰动后恢复时间是空载时的2.5至2.7倍;升降舵偏转对速度增加量是空载时的2.5倍。本文提出了承载前后的电动无人机的纵向稳定性和操纵性的分析方法,对各种尺寸和重量构型的无人机飞行控制系统初步设计具有重要的参考价值。     

蜻蜓柔性后翅模型的气动效能分析

为探究柔性材料对蜻蜓滑翔时气动特性的影响,通过数值仿真的方法,研究杨氏模量为3800 MPa,泊松比为0.18的三维柔性蜻蜓后翅模型在不同雷诺数和迎角滑翔时的气动效能和气动力作用下的结构变形.结果表明:柔性蜻蜓后翅在气动力的作用下会产生明显的弯曲扭转变形,且变形程度随着雷诺数和迎角的增大而增大,其中该扭转变形会使蜻蜓滑翔的实际迎角减小;由于产生了使迎角减少的扭转变形,使得在迎角为5°～30°滑翔时,升力系数减少了9％ ～45％,失速迎角增大10°以上;小迎角滑翔时,升力系数随速度增大而减小,大迎角滑翔时,升力系数与速度无明显相关性;大迎角滑翔时,在气流分离和柔性蜻蜓翼大角度扭转的作用下,上翼面的负压区向后缘移动,增加了负压区面积,增大了失速迎角,有利于提高蜻蜓飞行时的机动性.可见虽然柔性材料虽然会牺牲蜻蜓滑翔时的气动效能,但有助于蜻蜓高速大迎角飞行,提高了蜻蜓的机动性.     

屈曲粘弹性倾斜矩形板的非线性振动分岔

粘弹性矩形板在工程中经常发生各种振动 ,根据屈曲粘弹性倾斜矩形板的非线性动力方程 ,采用Melnikov法及Galerkin原理研究了其在铅垂周期扰力作用下的非线性振动分岔。并讨论分析了倾斜角、长宽比、板厚等因素对屈曲粘弹性矩形板发生混沌运动区域的影响 ,得到了倾斜角、板厚的增加会使混沌运动区域减小 ,长宽比的增大会使混沌运动区域变大的重要结论     

基于S-A模型的覆冰输电线绕流数值分析

基于Spalart-Allmaras湍流模型(S-A模型)封闭的雷诺平均N-S方程,采用沿均匀流线的三阶Runge-Kutta法和Galerkin法分别进行时间和空间离散,得到了湍流方程的有限元格式。采用自编Matlab程序,数值模拟了不同风攻角下覆冰输电线绕流问题,得到了覆冰输电线绕流瞬态和时均流场、气动力系数时程曲线和平均气动力系数随风攻角的变化关系,并与试验结果进行对比,验证了该算法的有效性。基于流场演化和平均压力分布,分析表明风攻角变化引起的边界层分离点转移是产生升力系数尖峰突跳现象的主要原因。     

基于区间算法的航天器再入轨迹优化

区间算法是近年来出现的一种新的全局优化算法,本文将其引入到再入轨迹优化中来。首先建立了航天器再入区间模型,选取总加热量最小为性能指标,控制量则选为功角和滚转角;然后讨论了区间算法在再入轨迹优化中的可行性以及优势;其次根据该算法的特点,构建了待优控制量功角、滚转角的区间解析表达式,以及给出了约束条件的处理方法;最后分析并解决了该算法在再入轨迹优化中应用的其余关键问题。仿真结果表明,该算法能够保证在再入轨迹优化中找到全局最优解,相比于其他优化算法具有某些优势。     

不带导流板矩形腔流激振荡的幅值特性

通过试验,分析,探讨了流激振荡的幅值特性和耦合振荡特性,发现在小迎角下,腔的驻波振荡占优势,其振荡产声压随迎角的增大而增大迎角下,流体动力振荡占优势,其振荡声压级随迎角的增大而增强,在大迎角下,流体动力振荡与腔的驻波振荡发生耦合共振,其耦合振荡声压级随迎角的增大而减小,耦合振荡的产生有限制条件,即迎角存在下限,流速存在上下限,上限流速随气流迎角的增大而增大。     

机械臂刚体运动防冲突角度最优输出方法

机械臂刚体运动防冲突角度输出方法存在防冲突角度控制精度低、易出现碰撞的弊端;因此,提出一种机械臂刚体运动防冲突角度最优输出方法。利用拉格朗日法获取机械臂被动关节动力学方程式,通过振幅控制方法控制机械臂被动关节位置,实现对机械臂刚体运动防冲突角度的最优输出。实验结果表明,相对于传统方法,控制下的机械臂刚体运动防冲突角度输出值较优,控制过程中位置误差与稳态误差较小,有效实现了机械臂运动的防碰控制。     

用方向谱求解油轮横摇运动

确定一阶横摇运动方程中各系数，一阶横摇干扰力矩，以及单位波面角状态下横摇幅频响应函数；将波能谱转换为波面角能谱，利用波面角方向谱计算油轮横摇时有效波面角能谱，得到任意波向下横摇运动谱，并考虑了水深的变化对油轮横摇运动谱的影响。