潜水器动态收放缆索过程的动力学仿真研究

调研了解到部分上述高端装备或其他水下平台在水下作业过程中,可能遇到的载荷吊放、载荷拖曳、载荷回收等工况下缆索张力动态非线性变化的问题。基于Ablow提出的缆索偏微分控制方程,通过在采用有限差分法求解过程中动态调整缆索微元的长度进行缆索收放过程仿真,建立了潜水器-缆索-载荷三者间相互耦合的动力学模型,并基于建立的仿真方法对潜水器拖曳载荷进行变深度航行、潜水器变深度直航过程中起吊载荷过程中缆索-载荷系统对潜水器的影响及缆索自身的动态响应特性进行了研究。结果表明:稳定拖曳过程中,由于缆索-载荷系统的阻力,导致速度降低;拖曳起吊过程中的缆索张力变化明显,且缆索张力对收缆的速度变化敏感;拖曳稳定航行段潜水器速度与理论值一致,表明了本文方法的正确性。

基于STM32的新型水下滑翔器姿态调节系统设计

针对现有水下滑翔器姿态调节系统存在的功耗较高和可靠性较低的问题,从降低功耗措施和提高可靠性2个方面着手,重点设计研究了一种基于STM32F103RBT6的新型嵌入式水下滑翔器姿态调节系统。通过对姿态调节系统驱动电源的分时控制以及采取的位置的反馈自纠错措施,设计一种新型的低功耗、高可靠性的姿态调节系统。经过试验测试验证,新型水下滑翔器姿态调节系统能够显著降低滑翔器整机功耗和提高滑翔器航行的可靠性,能够较好满足滑翔器对于远距离无故障续航能力的要求。

混合驱动水下滑翔器主从互转式应急控制技术研究

水下滑翔器是一种长续航新型水下机器人,利用其高效的驱动方式能够航行数月,因而相比其他无人水下自主航行器,滑翔器控制系统的可靠性显得尤为关键;根据水下滑翔器长续航的工作需求,结合其分布式控制系统的架构形式,设计了一种主从互转式应急控制技术;通过CPU互监控以及建立公共存储区等手段,实现了控制器异常情况下的非复位式热切换,保证了滑翔器重要动作部件的正常运行;试验结果表明,利用主从互转式控制方式,可以极大地减小控制系统中主CPU宕机对滑翔器自主运行的影响,增加水下滑翔器的安全性能。

射弹高速入水尾拍载荷和弹道特性的数值研究

针对超空泡射弹火炮武器在水下近程防御中的应用,本文基于耦合欧拉—拉格朗日(CEL)方法重点对射弹伴随尾拍的高速入水过程进行数值模拟研究。数值模拟捕捉到了射弹尾拍影响下入水超空泡形态的不连续演化特征,并获得了射弹尾拍对其水动力载荷、弹道运动的影响。研究表明,射弹尾拍会伴随其轴向、侧向载荷的增加,其水动力载荷表现出非对称特征。在射弹进入稳定的尾拍航行状态后,对射弹单个尾拍周期内航行阻力取均值,通过引入尾拍阻力增加系数的方式,将其尾拍航行状态向理想的超空泡航行状态等效,获得了射弹水下超空泡尾拍航行过程的弹道性能。进一步对射弹水下射程的评估表明,采用超空泡射弹武器进行水下近程防御是可行的。

减压拖曳水池中螺旋桨空泡诱导的船体脉动压力测量方法研究

本文介绍了在减压拖曳水池中进行的有关螺旋桨空泡诱导船尾脉动压力的实验方法的开拓性研究。区别于常规的水筒测量方法 ,它有其独特的优点 ,文中给出了某多功能货船船模配以两个不同螺旋桨在大气压和减压条件下的测量结果。

基于前视声呐图像的AUV目标识别与跟踪

声呐图像由于水体不均匀、边界不规则以及声呐设备本身性能的限制,导致图像噪声明显、亮度不均、分辨率低,使得水下AUV装备在使用前视声呐进行水下目标检测时难度较大。针对该问题,基于m750d声呐探测获得的AUV声呐数据,进行了数据提取、高斯滤波处理、扇形映射处理,并采用Jet映射对声呐灰度图像进行了伪彩色映射提高数据标注速度和精度,制作获得了4组2 500张声呐图像的AUV目标检测数据集;采用YOLOv4-tiny目标检测算法开展AUV目标检测研究,研究结果表明该方法在该数据集上表现优秀,mAP@0.50达到94.17%,FPS在22帧左右,说明该轻量级网络在水下AUV目标识别与跟踪应用上具有较好的应用价值。

超空泡射弹尾拍弹道稳定性的数值研究

针对超空泡射弹在水下航行过程中的运动稳定性问题,本文基于耦合欧拉—拉格朗日(CEL)方法,在对射弹尾拍航行的数值模拟、尾拍水动力载荷特性分析的基础上,对射弹的尾拍稳定机制进行研究,通过尾拍初始攻角、尾拍最大攻角、失稳临界攻角对射弹尾拍过程进行表征,并揭示超空泡航行稳定性与攻角的关系。而后,对本文锥台形式的射弹的航行稳定性进行评估,通过对其尾拍航行过程中压心位置变化的典型过程、射弹的静稳定度的分析表明,此超空泡射弹总体符合常规无控弹箭的12%~20%静稳定度要求。最后,本文得到超空泡射弹的外形设计需满足的空泡空间约束、尾拍航行稳定性约束以及静稳定度约束原则,进而从尾拍位置、尾拍范围的控制角度,对往复大扰动射弹的外形设计提出建议。

基于高阶半解析移动脉动源法的船舶波浪增阻数值计算研究

在三维势流理论框架下,以移动脉动源格林函数为核函数构建边界积分方程,采用九节点高阶曲面单元进行离散求解速度势,建立了波浪中航行船舶运动响应和波浪增阻的计算模型.为了避免数值计算的不稳定,积分方程中的影响系数采用了半解析公式进行计算.求解波浪增阻时,采用将辐射能量法、Salvensen法和短波半经验公式相结合的混合法,以便能够在全频率范围内得到令人满意的结果.在此基础上,自主开发数值程序对不同船型在不同频率、航速下的运动响应和波浪增阻进行预报.通过将预报值与试验及其它数值方法的结果进行对比发现,文中方法的数值结果与试验值吻合良好,对于不同船型和工况均有着良好的适用性;相比传统基于数值求积公式的移动脉动源法,高阶半解析移动脉动源法计算更为稳定(尤其对于存在外飘的船型),且由于采用了高阶格式,在共振频率附近的预报精度比常值元法更高.

滑行艇气层减阻试验

通过对三种艇型及不同的喷气方式的模型试验 ,研究了断阶滑行艇模型气层减阻的实施途径及减阻效果 ,取得了总阻力减少 2 5 %以上的结果 ,提出了一种适合于采用气层减阻技术且阻力性能优良的艇型。垂向舭板可减少滑行艇的高速阻力 ,但阻力减少的程度与艇型有关。底部斜升角较小时 ,有利于气层减阻。气层减阻率大于舭板减阻率。对底部斜升角较大且艇底扭曲、艏部设置适当的纵向防溅条、舯部设置楔形板的深 V型艇 ,垂向舭板对其阻力的影响不大 ,这种深 V型艇的阻力性能较佳 ,若喷气 ,其总阻力还可进一步减少 1 5 %。孔喷时 ,孔径采用 0 .5 mm或 1 .3 mm对模型阻力的影响甚微 ,采用 0 .4mm缝喷的模型阻力比用孔喷时略大 ,采用较大孔喷或缝喷有利于工程上的喷气实施。

断阶滑行艇气层减阻试验研究

本文研究了 2种重心位置、2种断阶方式、5种喷气流量对断阶滑行艇气层减阻的影响 ,取得了总阻力减少 2 5 %的效果。阻力减少的主要原因在于喷气时形成的空穴所引起的浸湿面积的减少。

柔性表皮减阻性能试验和减阻机理探索

对以中国化工新材料总公司海洋化工研究院为主开发的聚脲类等柔性表皮试样在循环水槽中进行阻力测试,并据此修改配料,最后得到的试样能减阻13～15%.本文也从数学上对柔性表皮具有减阻功能的机理进行了推证.

断级滑行艇艇底喷气及其减阻效果(英文)

StateLaboratoryofHydrodynamicsofChina本文通过2种重心位置、2种断阶方式、2种防溅条形式、5种喷气流量的选择组合 ,研究了在断级滑行艇上气层减阻的实施途径及效果。断阶稍前处喷气能减少25 %的总阻力 ,而所需气压仅为0.015MPa。

半潜平台浮子式系泊系统参数优化研究

通过在系泊缆中设置浮子可以改善系泊系统性能,降低平台运动响应。建立浮子式系泊系统的数值计算模型,验证浮子式系泊系统数值计算方法,详细分析浮子设计参数(设置位置和净浮力大小)变化对系泊缆张力特性与平台运动的影响规律,并根据得到的规律选择了优化的浮子系泊系统方案。最后对优化方案进行评估,表明优化方案可以显著降低系泊中的平台水平运动,尤其是低频运动,同时系泊缆张力变化不大,仍满足安全要求。研究结果可为今后浮子式系泊系统设计提供参考。

带移动负载海上浮筒系统运动响应特性初步研究

将某类海上自动作业系统简化为带移动负载的浮筒系统,其中负载简化为外径为180mm、约50kg重的柱型体,浮筒为外径533mm的圆筒;初步设计了浮筒系统的主参数。在此基础上,采用频域数值模拟计算,获得了浮筒自由状态下的固有周期和运动响应传递函数(RAO);再采用时域模拟方法,预报了3级海况下(JONSWAP谱)浮筒系统整体的运动响应特性,给出了运动响应幅值、最小干舷高度等特性参数,可为相关装备设计提供技术参考和借鉴。

2种典型AUV编队控制算法比较与局部优化研究

本文研究分析了基于领航者-跟随者的编队控制方法和基于路径跟随的编队控制方法等2种常用的AUV编队控制方法异同点。针对2种方法在路径点切换时航向变化较大的共性问题,提出采用B样条曲线对规划航路做在线的局部B样条拟合优化,对路径切换点处领航AUV的控制航向角作适度平滑处理。通过数值仿真验证了该方法可改善路径切换时,基于领航者-跟随者的编队控制中的跟随AUV目标跟踪位置变化速度和曲率,削弱了跟随AUV的点跟随难度;同时在路径跟随的编队控制中,利用B样条基函数自变量作为在切换点附近路径的同步控制参数的一部分,可提高切换点附近路径上编队的同步速度。

三曝光三相关PIV技术研究

对不等间隔三次曝光单幅记录的 PIV粒子图像 ,本文提出了一种三相关位移诊断方法 .三相关函数有两个次大峰 ,且不对称地分布在最大峰两侧 .本方法可同时获得位移值及判别位移方向 ,可有效解决位移方向二义性问题 .对线性涡流模拟粒子图像 ,应用本方法进行粒子位移诊断 。

随浪中船舶复原力计算和试验研究

目前国际海事组织第二代完整稳性衡准正在制定中,纯稳性丧失被列入五种稳性失效模式之一,随浪中复原力变化是纯稳性丧失薄弱性衡准和稳性直接评估的关键因素。该文以C11集装箱船为对象,对随浪不同波浪条件下的横摇复原力进行了试验测量,得到了不同横摇角度时的复原力变化,分析了不同波浪条件下复原力的变化规律;并开发波浪中复原力计算方法和程序,对随浪中船舶横摇复原力进行了计算分析,最后和试验结果进行了对比,有效验证了计算方法的准确性和有效性,为纯稳性丧失直接评估方法的实现奠定了基础,为船舶第二代完整稳性衡准的建立提供了技术支撑。

南海海域风浪环境极值要素推算研究

该文收集了南海海域以往20年风浪环境数据,按照地形特点将整个南海海域分为68个区块,采用目前国内外普遍使用的推算极值波高的概率分布P-Ⅲ型、Weibull和Gumbel,对各个区块环境极值要素进行统计分析。然后采用均方根误差方法对三种分布模型的适用性进行对比检验,检验结果表明P-Ⅲ型分布更适合南海海域。最后基于P-Ⅲ型统计结果,推算出南海海域各个区块不同重现期的风速、有效波高和平均周期。研究结果可为南海海域的建设和开发提供相关参考。

甲板上浪对船舶横摇复原力臂的影响分析

船舶在波浪中横摇复原力臂的变化是其参数横摇和纯稳性丧失等稳性失效模式发生的关键因素,在MSC第二代完整稳性衡准中已明确指出当前的衡准方法不适用于那些受甲板积水影响显著的船型。论文重点开展甲板上浪对船舶横摇复原力臂的影响分析。以“育鹏”轮为对象,开展不同波浪条件下的约束模试验,试验时固定横倾角,仅释放垂荡和纵摇运动。基于光滑粒子流体动力学开展了数值模拟,将最大波陡增加至0.09,研究甲板积水对横摇力臂的影响。模型试验和数值模拟结果表明:横摇复原力臂幅值随波陡的增加而增加,在研究的参数范围内,较小的波陡(0.01~0.03)下波长-船长比对复原力的影响较小,当波陡增大至0.03后,波长-船长比对复原力的影响逐渐显著,但两者非单调变化关系;甲板上浪过程中的冲击和流动会显著增大横摇回复力臂幅值,且上浪积水会显著影响横摇回复力臂的均值。