潜艇垂直面运动仿真及分析

为了研究潜艇等速直线定深运动的平衡和操纵规律,利用潜垂直面运动方程,导出了潜艇水下有纵倾等速直线定深运动平衡方程,并进行了仿真分析。结果表明,潜艇的平衡角随航速增大趋于常数,且首舵操纵时在低速区存在逆速。

运用操纵响应线性方程预报船舶运动规律

船舶在弱机动情况下的变速运动是一种基本的运动,本文对该状态下的船舶运动情况进行分析,运用船舶操纵性理论和数学知识推导出在该状况下预报船舶运动规律的方法———运用船舶操纵响应线性方程预报船舶运动规律。

三体船操纵性自航回转运动仿真预报分析

针对船舶操纵性自航回转试验成本较高,且现有成熟仿真方法效率低、分析要素单一等问题,本文提出了一种船舶自航回转运动数值模拟方法,并利用商用计算流体力学软件Star-CCM+对三体船模在满舵角30°和半舵角15°所受推力情况下的自航回转运动进行了数值模拟,将该模拟结果与较为成熟的基于数学模型方程组的约束模仿真回转运动结果进行了对比分析,通过对三体船在满舵角和半舵角时的纵距、横距、旋回初径和回转直径等操纵性回转要素值进行分析可知,其差值均在7%以内,验证了文中所提方法的可靠性。且采用文中所提方法对目标船模进行模拟计算时,不仅能够获得船模在平面运动内的回转性能要素,同时还能得到船模横摇、纵摇、升沉等多自由度运动响应要素,本文亦对三体船在满舵角和半舵角下做自航回转运动时的横摇、纵摇、升沉等响应要素进行了分析,从定性分析的角度看,模拟所得的各运动响应要素结果与实际船舶在做回转运动时产生的现象相符;从定量的角度分析,模拟目标船模所得各运动响应要素结果较好,不会对船模回转产生较大干扰。

鱼雷纵向操纵性研究

鱼雷是一个复杂的非线性系统 ,其空间运动方程包含 6个动力学方程和 9个运动学方程 ,有 15个未知参数。求解此方程组的解析解很困难 ,只能进行数值求解。而操纵性的研究一般是对其运动和侧向运动分别研究 ,为此本文在研究鱼雷航行条件的基础上 ,在一定的假设条件给出简化方程。基于此 ,对鱼雷的操纵性进行了研究。

潜艇空间运动线性方程研究

由格特勒六自由度运动方程导出简化的潜艇空间运动线性方程 ,在某型艇的水动力系数基础上 ,对潜艇空间运动的机动性和姿态进行了数值模拟计算。结果表明 ,空间运动线性方程能较准确地反映潜艇在弱机动时的运动状态 。

水平面大振幅平面运动机构用于水下运载体水动力系数的研究

水平面大振幅平面运动机构是研究船舶操纵性的重要设备,它用于测定水面船舶的水动力系数。上海交通大学将它用于测定水下运载体水平面与垂直面的线性、非线性和耦合水动力系数。本文介绍其原理、方法与试验结果。

圆碟形水下滑翔机运动仿真分析

圆碟形水下滑翔机是一种新型的水下潜器,其全翼身外形使其具有全向运动特性。为了研究圆碟形对水下滑翔机运动性能的影响,本文基于动量(矩)定理建立圆碟形水下滑翔机的运动控制方程,采用四阶龙格-库塔法求解。分别对圆碟形水下滑翔机在垂直面内的直线运动、受外界小幅扰动运动和空间螺旋运动进行了仿真分析。仿真结果表明:圆碟形水下滑翔机的升阻比相比于鱼雷形水下滑翔机较高,其自身受到外界小幅扰动时具有一定的稳定性;空间螺旋运动的螺旋半径、螺距以及周期都远小于鱼雷形水下滑翔机,小空间内的机动能力得到了大幅提高。

风流场中船舶锚泊平面运动数值模拟研究

针对长江沿江公用锚地超负荷运行问题,基于锚地船舶平面运动数学模型,将实测锚地风流场参数作为输入条件,自编程序求解该数学模型,开展不同风流及潮位组合条件下锚地船舶平面运动数值模拟研究。结果表明:锚位半径平均优化比例达到14%,锚位占据面积的平均优化比例达到26%。研究成果可为锚地空间资源优化提供指导。

深海爬游机器人多腿位姿对巡游稳定性的影响

[目的]深海爬游机器人是一种新构型潜航器,其多腿位姿会改变周围流场与自身重心的分布。[方法]针对深海爬游机器人左右对称、前后近似对称、上下不对称的特点,建立深海潜航器的操纵性垂直面运动方程,得到相应的稳定性判据和临界速度。采用混合网格计算深海爬游机器人纯升沉和纯俯仰运动的水动力系数,并与试验值进行对比,然后结合判据,判定纵向展开位姿、横向展开位姿和着底位姿这3种位姿下深海爬游机器人的静稳定性和动稳定性,分析运动稳定性的主要影响因素。[结果]结果表明,深海爬游机器人的3种位姿均处于静不稳定和条件动稳定状态,设计航速低于临界速度,能满足直线稳定性的要求;静稳定性主要受与垂向力有关的位置导数的影响,其中横向展开位姿的最好,落地位姿的最差;动稳定性的优劣主要受与垂向力有关的位置导数、初稳心高和结构布局的影响,其中落底位姿的最好,横向展开位姿的最差。[结论]深海爬游机器人多腿位姿的水动力和稳定性规律能较好地指导控制设计并使之安全运行。