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内孤立波作用下细长潜器发生大幅运动的轨迹和姿态研究

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兵工学报 2023年

作者：刘忻丹勾莹滕斌大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室

海洋内部的大幅内孤立波可能会威胁到潜器的航行稳定性和安全性，为探究潜器迎面遭遇内孤立波时的运动特性，建立两层流中细长潜器结构在内孤立波作用下的大幅运动时域求解模型。考虑潜器各运动自由度耦合引起的非线性作用力，潜器受到... 详细信息

海洋内部的大幅内孤立波可能会威胁到潜器的航行稳定性和安全性，为探究潜器迎面遭遇内孤立波时的运动特性，建立两层流中细长潜器结构在内孤立波作用下的大幅运动时域求解模型。考虑潜器各运动自由度耦合引起的非线性作用力，潜器受到的内孤立波力采用Morison方程和Froude-krylov力计算，由内孤立波传播引起的静力变化通过对潜器表面静压强积分计算。通过与CFD数值仿真结果和物理模型试验结果对比验证模型的精度，并计算SUBOFF潜器在两层流中不同潜深、不同航速时迎面遭遇KdV型内孤立波后的运动轨迹和姿态。数值仿真结果表明：内孤立波作用下，位于密度分层界面上方和分层界面处的潜器沿内孤立波传播方向运动，位于密度分层界面下方的潜器逆着内孤立波传播方向运动；垂向上潜器会发生大幅掉深，且先下沉再上浮;不同潜深、航速下潜器表现出不同的运动轨迹和姿态。

关键词：内孤立波潜器非线性作用力运动轨迹 Morison方程

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扁平潜器微速与倒航水动力试验研究

水动力学研究与进展（A辑） 2004年第3期19卷 401-406页

作者：朱军陈强高俊吉黄昆仑海军工程大学船舶与海洋工程系湖北武汉430033 海军论证中心北京100073

　在长条水池中进行了具有扁平外形潜器的微速与倒航运动的水动力模型空间斜拖试验,测量了具有攻角和漂角同时存在下的空间运动的三个水动力和三个水动力矩。将测量的水动力和力矩整理成空间角度攻角、漂角的变化关系曲线图,初步得到了... 详细信息

　在长条水池中进行了具有扁平外形潜器的微速与倒航运动的水动力模型空间斜拖试验,测量了具有攻角和漂角同时存在下的空间运动的三个水动力和三个水动力矩。将测量的水动力和力矩整理成空间角度攻角、漂角的变化关系曲线图,初步得到了其变化规律。最后将水动力和力矩回归成攻角和漂角双变量的表达式。

关键词：潜器扁平外形水动力微速与倒航

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采用量子粒子群算法的潜器路径规划

智能系统学报 2013年第3期8卷 220-225页

作者：邹梅魁于飞吕重阳王兴彬哈尔滨工程大学理学院黑龙江哈尔滨150001

针对复杂海底环境中的潜器路径规划问题,提出了一种采用量子粒子群算法的潜器路径规划方法.该方法首先从海图中提取水深数据,基于自然邻点插值和随机中点位移插值得到密集规格水深数据.然后由此数据建立海底三维模型,确定一个路径安全... 详细信息

针对复杂海底环境中的潜器路径规划问题,提出了一种采用量子粒子群算法的潜器路径规划方法.该方法首先从海图中提取水深数据,基于自然邻点插值和随机中点位移插值得到密集规格水深数据.然后由此数据建立海底三维模型,确定一个路径安全性检测方案及避碰原则,将海流大小方向对潜器航行的影响和路径点的转弯角度对航行的影响转化为相应的路径长度.最后将总长度作为适应度函数,利用量子粒子群算法迭代来求取最优路径.仿真结果得到了一条安全、简洁的路径,验证了该方法的有效性和可行性.

关键词：潜器量子粒子群算法海图潜器导航路径规划

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潜器近水面运动建模和操纵控制技术综述

舰船科学技术 2020年第8期42卷 7-12页

作者：宋江峰殷洪董根金李继中武汉第二船舶设计研究所湖北武汉430064

本文综述了潜器在近水面航行时运动控制的研究现状。通过搜集和分析国内外的相关文献,主要从航行环境(如波浪、水面等)及操纵控制方式、控制策略等方面对航行体的数学建模与仿真方法进行介绍和评述,最后指出了潜器近水面航行操纵控制的... 详细信息

本文综述了潜器在近水面航行时运动控制的研究现状。通过搜集和分析国内外的相关文献,主要从航行环境(如波浪、水面等)及操纵控制方式、控制策略等方面对航行体的数学建模与仿真方法进行介绍和评述,最后指出了潜器近水面航行操纵控制的研究方向。

关键词：潜器近水面建模运动控制

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潜器操纵性水动力及多体干扰研究

潜器操纵性水动力及多体干扰研究

作者：郭志彬哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

操纵性是潜器最重要的总体性能之一,研究潜器操纵性对于保证潜器航行安全、充分发挥潜器工作效能,都有着极其重要的意义。操纵性水动力预报是潜器操纵性设计的基础,本文采用势流理论和粘流CFD方法对对水下潜器操纵性水动力进行了理论研... 详细信息

操纵性是潜器最重要的总体性能之一,研究潜器操纵性对于保证潜器航行安全、充分发挥潜器工作效能,都有着极其重要的意义。操纵性水动力预报是潜器操纵性设计的基础,本文采用势流理论和粘流CFD方法对对水下潜器操纵性水动力进行了理论研究,并在水槽中对其进行试验研究。首先基于势流理论计算潜器的惯性类水动力,并分析附体位置对水动力的影响。再利用CFD软件FLUENT对潜器绕流问题进行数值模拟,得到在不同漂角下运动的升沉力系数和直航时表面压力分布,并与试验值及势流理论计算结果进行比较,表明FLUENT软件适合解决此类问题。探讨了FLUENT在潜器操纵性水动力预报方面的数值计算方法和预报精度,对带附体的潜器,在不同攻角和漂角下的水动力进行计算,计算结果达到了工程精度,对潜器操纵性水动力的计算方法做出了有益的探索。最后,通过模型试验研究了潜器附体与主体的相对位置对水动力的影响。

关键词：潜器水动力系数操纵性 Fluent 数值模拟试验

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基于GA优化的潜器航向H_∞控制

弹箭与制导学报 2006年第S5期26卷 202-205页

作者：游江赵国良罗耀华付斌哈尔滨工程大学自动化学院哈尔滨150001

基于潜器航向控制Nomoto模型,考虑深水海流和近水面海浪的不同频率特性扰动的影响,应用H_∞混合灵敏度方法设计潜器自动舵的鲁棒控制器。在设计中,将系统时域指标和混合灵敏度加权函数的频域要求与遗传算法有效结合,通过构成有约束的遗... 详细信息

基于潜器航向控制Nomoto模型,考虑深水海流和近水面海浪的不同频率特性扰动的影响,应用H_∞混合灵敏度方法设计潜器自动舵的鲁棒控制器。在设计中,将系统时域指标和混合灵敏度加权函数的频域要求与遗传算法有效结合,通过构成有约束的遗传寻优问题来对加权函数参数进行优化。以同时获得满足频域和时域性能要求的H_∞控制器。仿真表明这种方法是正确和有效的。

关键词： H_∞控制潜器遗传算法自动舵混合灵敏度航向控制

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基于SA-PSO算法的潜器S面控制

控制工程 2011年第5期18卷 710-714页

作者：刘胜任冬李冰哈尔滨工程大学自动化学院黑龙江哈尔滨150001

潜器是一个多变量、高度非线性系统,对于这种特殊的控制对象,S面控制是一种简单实用的控制方法,但由于其不具备自学习能力,所以控制器参数需要人工调整。粒子群(PSO)算法可以用来处理S面控制器参数整定的问题,但PSO算法目前还存在着早... 详细信息

潜器是一个多变量、高度非线性系统,对于这种特殊的控制对象,S面控制是一种简单实用的控制方法,但由于其不具备自学习能力,所以控制器参数需要人工调整。粒子群(PSO)算法可以用来处理S面控制器参数整定的问题,但PSO算法目前还存在着早熟收敛、易陷入局部极值等不足。针对此问题,引入模拟退火(SA)算法对PSO算法进行优化,提出模拟退火粒子群优化(SA-PSO)算法,此方法不仅实现了S面控制器参数的自调整,还提高了S面控制器参数整定的优化能力。最后,通过潜器的运动控制仿真试验,证实了该方法的可行性和优越性。

关键词：潜器 S面控制 SA-PSO算法智能优化

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基于仿生翼的潜器综合减摇技术研究

控制工程 2011年第1期18卷 105-108页

作者：金鸿章吉向敏王晓伟哈尔滨工程大学自动化学院黑龙江哈尔滨150001

为了满足日益增高的潜器稳定性的要求,探讨并应用新型仿生翼来替代舵控制潜器近水面的横摇、纵摇运动。对近水面海浪干扰力、力矩进行了数值计算,以某一小型潜器作为研究对象,建立潜器六自由度运动模型,并考虑了仿真的需要对模型进行了... 详细信息

为了满足日益增高的潜器稳定性的要求,探讨并应用新型仿生翼来替代舵控制潜器近水面的横摇、纵摇运动。对近水面海浪干扰力、力矩进行了数值计算,以某一小型潜器作为研究对象,建立潜器六自由度运动模型,并考虑了仿真的需要对模型进行了合理的简化。针对系统特性设计模糊自适应PID控制器,并对潜器近水面运动进行仿真,仿真结果显示该种姿态控制设计方法能很好解决潜器近水面姿态控制问题。

关键词：潜器仿生翼近水面运动综合减摇

基于Simulink的潜器在海浪中运动的实时仿真

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船舶工程 2007年第5期29卷 44-47,43页

作者：李遵华邢继峰薛坚候国林海军工程大学动力工程学院海军舟山地区装备修理监修室 92763部队

以随机长峰波海浪作为模型,利用流体力学和波浪理论的原理对潜器在波浪中的运动进行受力分析,建立了潜器的横摇、纵摇和起伏运动的数学模型,用S函数进行各种海况下波浪力的计算和微分方程的求解,运用Matlab中的Simulink控件对潜器在海... 详细信息

以随机长峰波海浪作为模型,利用流体力学和波浪理论的原理对潜器在波浪中的运动进行受力分析,建立了潜器的横摇、纵摇和起伏运动的数学模型,用S函数进行各种海况下波浪力的计算和微分方程的求解,运用Matlab中的Simulink控件对潜器在海浪中的运动进行实时仿真,结果表明该方法能够比较真实地模拟各种海况下潜器在海浪中的运动情况.

关键词：船舶潜器海浪运动 Simulink 仿真