融合声场和电场的舰船轴频特征提取方法研究

轴频声场和轴频电场均与舰船螺旋桨转动密切相关,本文提出将这2种物理场进行融合提取舰船的轴频特征。首先,分别利用DEMON谱分析和功率谱分析方法提取轴频声场和轴频电场的线谱,之后将所提取的线谱进行融合和净化,最后利用最大公约数法提取轴频特征。为验证所提方法的有效性,利用多艘船舶的实测声场和电场数据进行验证。结果表明,同一艘船舶轴频声场和轴频电场的线谱具有一定频率对应关系,将声场和电场的轴频相关线谱进行融合可有效弥补单一物理场存在线谱丢失的情况;融合声场和电场后,舰船轴频估计的准确性和稳定性优于单一物理场。

排气防浪止水装置设计及试验研究

为防止海水进入无人水面航行体排气管,设计一种安装于排气口顶部的排气防浪止水装置,对其结构组成、动作原理进行简要概述,建立其挡水翻板旋转和浮子上浮力学数学模型,测试样机壳体密封性和水下漏水率及最大功率柴油机排气性能。测试结果表明,正常工作时排气顺畅,没入水下时浮子上、下运动灵活,漏水率均小于2 L/min,满足了技术指标,为后续更深入研究奠定一定的基础。

航行面波动干扰对目标磁定位的影响

针对传统水下目标磁定位时因未考虑海平面波动造成磁场信号测量不准确进而引起磁定位误差较大的问题,通过在原有测磁深度上叠加海平面在该处的铅直位移,将叠加后的深度引人仿真模型的系数矩阵中,再利用仿真模型计算测量深度中包含海面波动的测量点处的磁场,以该磁场作为磁定位的数据源。采用三维Longuet-Higgins模型描述10个组成波形成的波面运动,分析组成波中最大振幅取0.5m和1m两种情况。仿真结果表明,其对应的波面铅直位移在某些点处将大于2m和4m。船模试验证实,在不考虑舰船在海面波动下产生的纵倾横摇对磁场测量的影响的条件下,当组成波的最大振幅小于0.5m,波面的最大铅直位移小于2m时,海平面波动对磁定位结果的影响不大。

战斗部跌落安全性研究及对水雷战斗部的启示

战斗部的跌落安全性涉及炸药配方、装药工艺、战斗部设计和服役环境等多方面。文中全面、充分地梳理了常规武器弹药战斗部跌落安全相关的文献资料,从典型炸药撞击感度研究、典型炸药动态力学性能研究、战斗部装药跌落撞击非冲击点火理论研究、战斗部跌落试验与仿真研究以及战斗部跌落安全性评估方法与标准等5个方面对战斗部跌落安全性现状进行系统性剖析,并提出了对水雷战斗部跌落安全性研究的若干建议。文中的分析结果可为水雷武器战斗部跌落安全性研究提供借鉴和参考。

水下单层薄金属板多格角反射体声散射特性研究

为了使水下角反射器在较大空间范围内都具有一定的目标强度,应考虑采用多个角反射器组合成多格角反射体,以达到增大散射范围的目的。基于此,采用有限元结合边界元法(FEM-BEM),对水下单层薄金属板多格角反射体声散射特性进行了数值仿真计算,分析了声波入射频率为5.0kHz~15.0kHz范围内,平板材料、平板厚度、入射角度、角反射器组合类型等因素对目标强度的影响。结果表明,水下单层薄金属板多格角反射体具有较强的频率特性;平板材料、平板厚度以及角反射器组合类型的变化会对多格角反射体目标强度产生较为明显的影响。研究结果为水下多格角反射体的设计使用提供了仿真依据和数据支撑。

折叠尾翼展开水动力载荷与展开规律分析

本文以ANSYS FLOTRAN为工具,对某水下航行体折叠尾翼展开过程中的外流场进行数值仿真计算,获得不同时刻尾部流体载荷分布。利用载荷仿真结果对尾翼的展开特性进行了计算分析并在拖曳进行了试验测量。与试验结果对比,数值分析与试验测量的尾翼展开结果基本一致。

基于FLUENT水下航行器阻力特性分析

水动力参数是水下航行器操纵性设计的重要参数。针对一款水下航行器,通过UG建立了水下航行器的三维模型,利用计算流体力学(CFD)的方法对两种状态下的水下航行器的阻力特性进行了有限元分析,得到了不同状态下的水下航行器阻力性能参数,并对这些参数进行比较分析,实验对比表明,该方法对无人水下航行器的阻力特性的预测精度较高,且对流场的显示更加详细、直观,为后续的外形设计提供重要的参考依据。

基于实艇装载与加速试验的鱼雷装载可靠度综合评估

针对潜载鱼雷装载可靠度试验时间长、样雷数量小、验前信息少等问题,通过分析装载可靠性评估方法优缺点、装载可靠度试验鉴定主要问题,提出了实艇装载与实验室加速相结合的装载可靠度综合评估方法;结合加速试验等效原理,分析了影响鱼雷装载环境应力的主要因素,设计了装载可靠度试验总体方案和加速试验剖面,确定了恒温、温变循环、振动疲劳加速模型的试验工程化参数;算例表明,该方法解决了在较短时间内潜载鱼雷装载可靠度试验试验考核问题,在保证试验评估结论可信的同时可大幅提高试验实效,不仅可推广应用于其他类型鱼雷可靠性试验鉴定,还可指导鱼雷可靠性的研制与设计。

一种基于DTW算法的磁场相似性度量方法

在舰船磁场模拟及磁探测系统的目标识别中,需要对模拟或探测磁场与真实目标磁场分布的相似程度进行评估。文中针对以往评估方法存在的问题,提出利用动态时间规整(DTW)算法计算磁场的相似度,解决了目标速度不同和起止点不一致情况下的磁场曲线相似度评估问题;为降低磁场曲线局部扰动带来的影响,利用最长公共子串对DTW算法进行了优化,提高了相似度计算精度;最后以模型试验验证了算法的正确性。与传统评估方法相比,该方法无需人工预先设置参数,能直接给出相似度评价结果,可应用于舰船磁场模拟效果评估及磁探测系统的目标识别。

面向反水雷的海空协同时间最优雷区覆盖规划方法

面向海空无人编组高效反水雷的任务需求,提出了一种雷区最优覆盖规划算法.该算法利用无人机探雷编组的速度优势对重点水域进行侦察,并应用高斯过程回归求得水雷分布态势,结合无人艇速度权重设计代价函数,对雷区进行了最优划分,以提高作业效率.进一步考虑无人艇的欠驱动运动学模型对覆盖问题的影响,设计运动规划算法引导无人艇向其主导区域内的最优位置移动,充分利用无人艇编组机动能力,使灭雷任务完成时间最优.通过仿真实验比较所提算法与基线算法,验证所提出算法在反水雷效率方面的优势.

基于改进鱼群算法的UUV路径跟踪控制参数整定研究

针对优化算法在无人水下航行器的水平面路径跟踪控制器参数整定中的应用,采用夺食行为、自适应步长、带衰减因子的视野范围等方法改进人工鱼群算法,利于加快迭代后期收敛速度以及跳出局部最优值。使用改进鱼群算法对S面前向速度控制器与S面艏向控制器的5个控制参数进行优化整定,同时在传统S面控制器中引入积分项,以提高控制器性能。经过仿真与试验分析,改进后的鱼群算法具有较快的收敛速度,且跳出局部最优值的能力显著增强,使用整定后参数的S面路径跟踪控制器指标较整定前降低了96%,并在水下实物试验中验证了改进鱼群算法在UUV水平面路径跟踪控制参数整定中应用的可行性与有效性。

基于瞬变电磁法的无人浅水水雷快速探测研究

水雷是最古老的海战兵器之一,被公认为最佳非对称武器,二战后近一半舰艇的损失是水雷造成的。海洋浅水区域因其独特的地理位置和生态环境使得布设于此的水雷成为登陆的最大障碍。战时由于时间紧迫,对登陆通道清扫需要做到快速、灵活及低伤亡。对此,文中提出了基于无人机平台的浅水水雷快速探测系统,该系统采用基于瞬变电磁法的电磁感应金属探测技术,探测水雷的金属部件,如撞针、电子单元及控制装置等。然后依次介绍了瞬变场脉冲金属探测的原理,采用无人机搭载瞬变电磁法仪实现水雷快速探测的技术方案,探测数据通过成像对目标进行识别的方法。最后选取了国内某甚浅水区域,提前布设水雷及相似目标,进行了相关探测试验,获得了探测数据,通过数据比对,验证了基于瞬变电磁法的无人浅水水雷快速探测系统的性能及可行性。

浅水域探测型无人水下航行器海洋动能发电装置特性研究

为了解决浅水域探测型无人水下航行器探测模块长时连续工作时对能源的需求,设计了基于海洋动能的晃动发电装置,根据拉格朗日方程建立了航行器与晃动摆耦合的运动方程,最后根据简化的运动方程,采用龙格库塔方法求解并分析了影响晃动发电性能的因素,研究了不同海况下航行器运动幅度、周期、摆长、质量、转动惯量等参数以及不同运动耦合对发电性能的影响。在2级海况下,最佳电机阻尼系数为5.4N·m·s/rad,3种激励运动耦合时发电装置平均功率能够达到0.5W。研究分析表明,提出的基于海洋动能发电装置模型是合理可行的,在一般海况下,能够满足探测模块的能源需求,同时发现运动幅度、周期、摆长、质量以及耦合横摇运动对发电性能影响较大,转动惯量以及耦合垂荡运动对其影响较小。研究结果为后期晃动发电机的研制、工程试验及优化,提供了一定的理论基础与借鉴。

UUV海底定点停驻受力特性及稳定性分析

在简单介绍海底定点停驻UUV概念及工作过程的基础上,建立了其在海底时的稳定性分析模型,并推导出了航行器负浮力、主轴与两支撑点之间的半角θ、流体动力Fx、Fy之间的关系。为了研究航行器在海底时的流体动力特性,采用Ansys ICEM对其离海底不同距离及海底有不同倾角时的情况进行结构化的网格划分,并应用CFX软件对其在不同水流速度下的外围流场进行数值仿真,得到了其在海底时所受侧向力、升力随距海底的距离、海水流速及海底倾角的变化趋势。最后,对航行器在海底时的稳定性进行了分析并得到了一组能够保证航行器海底稳定的较好参数。

自航水雷障碍对舰船目标流毁伤效能评估方法

为解决目前常用的舰船毁伤概率计算模型计算结果与实际情况偏离较大,难以满足战术计算和定量决策需求的问题,运用概率论多维随机变量分布理论,构建了目标舰船毁伤概率模型。针对舰船以纵队方式穿越水雷障碍的情况,基于自航水雷的雷位散布特性,综合考虑了水雷布放成功率、动作概率和布放误差等因素的影响。该文方法结果与采用蒙特卡罗模拟法得到的仿真结果差别很小。目标舰船无论以编队形式,还是多艘独立依次穿越水雷障碍,其毁伤概率随雷位横向间距变化规律与通过序列有关。对自航水雷障碍中的雷位进行优化配置,可确保舰船目标流中指定序列舰船达到预期的毁伤概率。

水雷不同外形目标强度的计算与测量

根据水雷隐身需要,分析了不同外形水雷的目标强度与隐身之间的关系,并对一些典型外形进行了目标强度计算.同时,在非消声水池中对按比例缩小的外形样品进行了声脉冲测量,将试验测得的目标强度值与理论计算的目标强度值相比较,认为波纹盒形水雷有较好的外形隐身效果.

水下探测航行器海洋动能发电装置分析及试验研究

为了解决水下探测航行器探测传感电子设备的能源补给问题,探索开发由于海洋环境产生的晃动能量的可行性,初步设计直驱式海洋动能发电装置样机。根据动量矩定理和电磁感应原理分析建立系统的机电模型。结合研制的直驱式海洋动能发电装置样机,对发电系统进行数值与试验分析,数值计算结果与试验结果基本吻合;瞬时发电性能分析结果表明在横摇激励幅度为6°频率为1.0 Hz阻尼系数为0.875 Nm?s/rad时,其输出功率可达5.8 W;平均发电性能试验分析结果表明直驱式海洋动能发电装置在阻尼系数为0.875 Nm?s/rad下小幅激励时共振频率为1.1 Hz,大幅激励时共振频率为1.0 Hz。

海洋动能发电装置在水下探测航行器的安装位置对发电性能的影响

为了研究海洋动能发电装置在水下探测航行器中的安装位置对其发电性能的影响,根据拉格朗日方程建立了水下探测航行器与晃动摆的耦合非线性运动方程,在不同的阻尼系数和横摇激励频率下,采用龙格库塔方法分别对海洋动能发电装置安装位置对发电性能的影响进行了数值分析。研究结果表明:海洋动能发电装置的安装距离(晃动摆的摆动中心到航行器质心的距离)为零时,在横摇固有频率激励下,系统收集能量为零;安装距离不为零时,能量收集系统在固有频率附近呈现振动系统所有的特性;收集的功率与安装距离为二次方关系,且在不同频率时,在安装距离为零附近都有一零功率点,说明发电装置安装距离应尽量避免为零,且这一安装位置与阻尼系数无关,而与频率有关。研究结果将为后期海洋动能发电装置的安装布放提供借鉴。

船舶水压场畸变试验

舰船航行时在其下方附近产生水压场。这种水压场无法消除 ,也极难人工模拟。水压水雷就是根据航行舰船的水压场特性而引爆的。从舰船的安全防护角度考虑 ,可在船体底部加装某种附体 ,使舰船原有水压场发生改变 ,从而避免引爆水压水雷。对在船底加装翼板、回转体等附体所造成的舰船水压场畸变进行了试验研究和数值计算。在拖曳水池中进行了船模水压场测量 ,比较了加装附体前后舰船水压场的特性 ,据此分析了采用舰船水压场畸变方法防御水压水雷的可行性。比较了加装翼板和回转体的防水压水雷效果。

一种自航水雷障碍效力的计算方法

文中从分析自航水雷的散布规律入手,结合自航水雷毁伤目标的实际,采用数学解析方法计算了某种自航水雷障碍对舰船的毁伤概率,并通过编程、计算和绘图研究了多种情况下水雷障碍的效力。最后通过与蒙特卡罗仿真方法的比较,验证了该种计算方法的高效性和正确性。