水空跨介质航行器发展需求及其关键技术

针对未来军事竞争与对抗呈现多介质空间的体系对抗,而现有航行器平台仍大多局限于单一介质空间运行环境的现状,突破传统航行器定式,提出具有多介质航行能力的水空跨介质航行器概念,介绍了研究背景和发展此类航行器的必要性,分析了规划和发展过程中的关键技术,并对今后的发展思路进行了展望。     

串列式吊舱推进器操舵工况水动力试验研究

利用船模拖曳水池及自行开发的吊舱推进器测量系统,对双桨串列式吊舱推进器在直航及操舵工况下的水动力性能进行了模型试验研究.在进速系数为0~1.08,舵角为0~90°范围内测量了前后桨的推力和扭矩,以及吊舱单元(包括舱体及前后桨)整体推力、侧向力和转舵力矩.结果表明:前桨受吊舱舱体及后桨的影响较小,后桨则受前桨及舱体的影响较大;吊舱推进器推力随舵角的增加而减小,侧向力及转舵力矩随舵角的增加而增加.     

水空跨介质航行器前沿技术进展

随着仿生技术的不断发展,人类对飞鱼、崖海鸦、鲣鸟、飞乌贼等两栖生物的数据观测、仿真建模有了突破性的进展,水空跨介质航行器领域也随之得到飞速发展,但仍然存在一些关键技术难点。按照被仿生对象的种类,对水空跨介质航行器样机的研究进程,以及近年来在机翼结构、水空两栖推进方式等方面取得的进展进行归纳,并从计算机仿真与实验测试的角度,剖析了在对运动学和动力学的研究中所用到的研究方法。结合该领域发展现状,总结了一些关键的技术挑战,并提出跨介质航行器未来的展望。     

柔性扑翼水动力特性试验研究

为探究扑翼自身刚度和运动参数对其水动力特性的影响,依托仿生扑翼推进试验平台,实现扑翼的俯仰-升沉结合运动.使用六轴力/力矩传感器记录扑翼运动过程中的力学参数,同时利用高速相机记录扑翼运动情况;对力学数据进行均值化及归一化处理得出扑翼水动力特性随刚度及运动参数的变化规律;对图像进行处理,绘制出扑翼尾端点运动轨迹.试验结果表明:低刚度扑翼在低频下推力表现优异;扑翼刚度对推力稳定性起着重要作用;扑翼运动轨迹随着刚度增加,从杂乱无章演变为8字形,最终演变为弧线形.     

前置水翼对摆动翼水动力性能影响机理研究

为研究双体干扰对摆动翼水动力性能的影响机理,基于计算流体力学(CFD)方法,针对均匀来流、前置水翼刚性静止及柔性波动尾流场中摆动翼的水动力性能开展数值研究．通过改变摆动翼的平移幅值和运动频率计算推力系数、功率消耗及推进效率的变化趋势,以流场的压力分布云图、纵向速度分布云图及涡结构的演变特征分析前置水翼对摆动翼推进性能影响的机理．计算结果表明：前置水翼的存在能够提升摆动翼的推进性能,并且前置水翼进行柔性波动运动时摆动翼的推进性能最优;前置水翼的尾缘脱落的涡能够融于摆动翼表面的附着涡,提升附着涡的强度;上游的柔性波动水翼尾缘处脱落一个强度较大的尾缘涡,对摆动翼表面的附着涡产生挤压作用,提升附着涡的强度并加速附着涡的脱落．     

海流作用下全驱动自主式水下航行器环境最优动力定位控制

针对海流作用下的全驱动自主式水下航行器(AUV)的动力定位控制,提出了一种新的环境最优动力定位控制策略.通过位置、姿态控制,使得水下航行器的头部“顶住”海流,并和目标点保持一定距离,此时海流的扰动力由轴向主推进器承担,减少了辅助推进器的工作量,同时降低能源消耗.考虑到海流作为系统模型中的非匹配不确定性,基于神经网络自适应反演法设计了动力定位控制器.通过计算机仿真,验证了控制算法的有效性以及鲁棒性.     

新型水动力喷雾降尘器设计与实现

针对采煤机喷雾系统喷雾面覆盖不足、设备老化等问题,设计一种新型水动力喷雾降尘器,并在不同水压下对使其进行性能试验和现场应用。结果表明,同等水压下,新型水动力喷雾降尘器相比无旋转喷雾降尘器的喷雾场惯性力更大。当水压为3MPa时,前者比后者的喷雾有效距离增大28.8%;在3m/s侧向风干扰下,同等水压的新型水动力喷雾降尘器比无旋转喷雾降尘器喷雾抗风能力强,当水压为2MPa时,喷雾抗风能力提高了60%,且随着水压的增大,喷雾的抗干扰能力越大;新型水动力喷雾降尘器喷雾最大覆盖面积和流量与水压呈正比关系,且相比于无旋转喷雾降尘器,其喷雾场更为稳定且均匀。现场应用高压水动力喷雾降尘器后,综采面平均全尘、呼尘降尘效率提高至84.58%,83.99%。     

螺旋桨吸气及其水动力性能

本文选择一组几何相似桨模和一组直径相同桨模进行了近自由液面下变沉深、变转速的敞水试验.在分析试验结果的基础上,提出了螺旋桨吸气试验的相似准则,提供了判断发生局部吸气和全吸气的近似公式,以及吸气后螺旋桨水动力性能的近似估算方法,并探讨了吸气情况下螺旋桨轴承力的脉动.     

载人潜器水动力性能研究

 水动力性能是载人潜器的关键技术指标,特别是在总体设计阶段针对载人潜器进行水动力计算具有重要意义。研究了数值计算的方法,选取长细比为6：1 的椭球体为研究对象,开展了网格划分方式的研究,得出了计算结果,并将计算结果与实验值进行了对比。对比结果表明,该方法具有一定的精度,验证了数值计算方法的可行性。选取几个典型工况,针对轻载作业型载人潜水器水动力进行数值预报,得出了相关的水动力系数,为该载人潜器的总体设计提供了理论依据。     

无人机数据链带内连续波电磁干扰效应研究

数据链是无人机的重要分系统,是确保无人机实现地空通信的关键一环,但容易受到外界电磁干扰的影响而发生通信中断甚至硬件损伤.针对某型无人机数据链的前门耦合电磁敏感特性,对数据链设备进行电磁干扰的等效注入试验,研究了单频和双频电磁干扰对数据链的效应规律,得到了数据链敏感频点的失锁阈值以及误码率和信噪比的变化趋势.研究表明:由于大功率干扰信号通过自动增益控制电路,在射频前端降低了中频工作信号的输出功率,导致数据终端信噪比降低、误码率上升;当双频干扰均位于带内时,与单频干扰相比,在射频前端对工作信号增益的压缩作用更强,导致失锁时双频干扰中的任意一个干扰功率均低于只有单频干扰时的阈值,表明数据链带内干扰存在多源非线性增强效应.      

高速无人艇纵向航行性能试验

针对水面无人艇纵向航行问题进行静水拖曳试验.采用有限体积法结合Shear Stress Transpor(SST)湍流模型,应用动网格技术对模型周围绕流场进行了数值模拟,计算裸船体阻力及航行姿态.将数值计算与试验值对比分析,结果表明两者变化趋势相一致,该方法在阻力计算方面具有较好的精度.探讨了重心纵向相对位置对无人艇纵向性能的影响,结果表明,重心位置前移会降低第一阻力峰值,有利于避免“海豚运动”,但同时会降低最高航速.     

驻留航行器沉底稳定性的数值分析

采用计算流体力学方法和ICEM CFD软件对不同沉底姿态时的驻留航行器模型进行结构化网格划分,利用CFX软件对其在不同海底来流速度下的流场进行数值模拟与分析,建立了分析驻留航行器沉底稳定性的数学模型,并结合仿真结果分析了海底来流速度和沉底姿态对驻留航行器沉底稳定性的影响.结果表明：在0.514 m/s的海底来流速度下,驻留航行器能够保持沉底的稳定性;在1.028 m/s及以上的海底来流速度下,驻留航行器不能够保持沉底的稳定性.     

某无人机撞网回收系统动力学仿真

以某无人机撞网回收系统为例,基于LS-DYNA软件,提出了柔性带、阻尼器等关键部件的建模方法,建立了系统有限元仿真模型,进行了不同入网位置的动力学仿真计算,并用试验验证了仿真模型的准确性.仿真和试验结果表明:本文建立的无人机撞网回收系统模型具有较好的工程适用性,提出的动力学建模仿真方法具有一定的通用性.     

基于EKF的无人机飞行控制系统故障检测

无人机飞行控制系统是一种典型的多传感器闭环控制系统,其执行机构与传感器故障会严重影响系统的安全性与可靠性,针对无人机飞行控制系统故障检测问题的研究具有重要的意义.本文考虑了一类无人机闭环非线性飞行控制系统的故障检测问题,针对风扰动影响下无人机纵向非线性系统模型,设计基于扩展卡尔曼滤波器的残差产生器,并应用χ2检验对残差进行评价,实现无人机闭环控制系统的故障检测.同时,基于某型无人机Simulink仿真平台进行仿真实验.结果表明,所提出的方法能够实现空速管堵塞故障和升降舵部分失效故障的检测.     

基于误差空间的UUV三维鲁棒跟踪控制研究

针对水下无人航行器(UUV)系统存在非线性和不确定性的特点,采用基于误差空间理论的跟踪控制方法,进行UUV在复杂海洋环境以及自身工作状态和模块配置变化时的空间跟踪控制问题研究. 以海浪干扰下的深度跟踪控制仿真实验分析该控制方法的鲁棒性. 该控制方法的理论基础是结合被跟踪平台的动态过程,以被跟踪平台和跟踪平台的空间误差为状态空间的状态量组成误差空间系统. 由于融合了被跟踪平台的动态过程和跟踪误差,跟踪精度和跟踪能力增加,同时系统的鲁棒性也增强.      

碟形潜水器水动力性能研究

对开发设计的一种碟形潜水器进行了模型试验，得到了该潜水器的阻力性能数据及垂向运动水动力导数。在此基础上，对潜水器的运动稳定性和操纵性能进行了分析。研究结果表明，碟形潜水器具有良好的阻力性能和操纵性能。     

面向单体异形建筑的无人机单相机实景三维建模

针对单体异形建筑的实景三维建模问题,提出一种无人机单相机建模方法,选用小型旋翼无人机和单相机作为航摄装备,建立环绕式的无人机航路,实现对单体建筑自动化的多高度、多角度三维立体观测.使用新方法和广泛使用的无人机倾斜摄影建模方法分别对同一单体异形建筑进行影像数据采集,并对数据进行处理生成实景三维模型.结果表明,新方法相对于无人机倾斜摄影建模方法,在保证建模精度不降低的前提下提升了建模效率和建模质量.     

基于航海雷达的水面无人艇局部路径规划

要：
设计了一种基于航海雷达图像处理的规划方法,以处理水面无人艇的局部路径规划问题.利用边缘保持的去噪平滑算法和自适应阈值法对航海雷达的原始图像进行处理并建立了环境模型,采用距离寻优的Dijkstra算法搜索最佳路径,将所提出的算法经海上和湖上实验加以验证.结果表明,所得规划结果良好,搜索的路径距离较短、搜索速度较快并满足实验要求. 关键词：
水面无人艇; 航海雷达; 图像处理; Dijkstra算法; 局部路径规划 中图分类号： TP 391
文献标志码： A