位移无拖曳控制的动力学协调条件研究

针对位移无拖曳控制的可实现性问题及避免推力饱和问题,首先基于位移无拖曳控制动力学方程,推导出位移无拖曳控制系统中连续可变推力推进子系统的最大推力需要满足的基本动力学协调条件。进一步由位移无拖曳控制动力学方程退化得到的切换动力学方程,推导出负刚度加速度函数为线性及非线性函数两种情形下的让步动力学协调条件。针对让步动力学协调条件开展了仿真比对,结果表明,强非线性情形下的让步动力学协调条件比退化的线性情形更加严苛。最后通过分析给出位移无拖曳控制避免推力饱和的、定性的动力学协调条件,并得到仿真校验,即:检验质量初始状态及指令状态应在让步动力学协调条件区域内靠近负刚度力零位,开环系统时间延迟尽可能短,并且控制带宽应折中选择。

基于LightGBM的拖曳系统动力响应预报方法

针对传统数值仿真计算方法耗时长、占用计算机资源多等缺点,提出基于LightGBM算法的拖曳系统动力响应进行评估的回归预测模型,以已有的OrcaFlex数值模拟得到的数据为样本,以拖曳系统上的海洋环境条件、拖船航速和下放缆长为特征,以动力响应为目标,引入LightGBM算法,对拖曳缆顶端张力最大值等动力响应进行预测分析。与传统数值模拟方法相比,LightGBM算法在保证结果准确性的同时大幅度提高了计算效率。通过与随机森林(RF)、极限梯度提升(XGBoost)算法相比,其准确度和计算效率的表现更好。最后提出了贝叶斯参数优化的LightGBM算法,准确度进一步提高,为提前采取措施保障拖曳系统的作业安全提供了一条高效的技术途径,同时为建立拖曳系统数字孪生体提供了有力的技术支撑。

空间引力波探测无拖曳技术现状与趋势

航天器无拖曳控制是实现引力波空间探测科学平台超静超稳运行的核心关键技术之一。目前,国内外各研究机构对航天器系统的动力学与控制进行了深入研究,并针对不同的探测频段需求提出了不同的探测任务。根据探测任务进行了航天器编队设计与控制的详细介绍和分析,对涉及的无拖曳与姿态控制、高精度惯性传感器与执行机构等原理和理论方法进行了深入的剖析。针对现已开展的空间引力波探测无拖曳航天器在轨飞行的演示验证整体情况进行详述和分析。在此基础上,提出后续开展相关研究中亟待解决的关键问题,指出未来无拖曳航天器系统动力学与控制的研究热点和趋势。

一种改进型单船拖网的海上拖曳试验研究

为进一步提高底拖网的捕捞效率,改善对渔业资源的影响,对舟山传统的单船拖网(网具A)在材料结构上进行了设计优化,网具B采用编织网线且在上纲中部装配升力帆,通过海上拖曳试验研究,对比两顶拖网的水动阻力、垂直扩张性能、功率消耗等拖曳性能。结果表明,网具B的整体阻力较小,在试验拖速范围内的阻力为45~95 kN,比网具A阻力小46.89%;在拖速为3 kn时,平均功率消耗为80.55 kW,约为网具A的0.54倍;网具B的网口高度为13 m,垂直扩张系数为0.043,垂直扩张性能相对较好。因此,网具B采用编织网线和升力帆代替传统浮子,在作业过程中操作便捷、作业稳定,具备较好的垂直扩张、相对较小的水动阻力、较低的功率消耗等性能,提升了拖网的作业性能。

拖曳系统中瑞利阻尼系数变化在回转过程中对拖缆动力学振动响应的影响

海洋拖曳系统是典型的刚柔多体系统。需要指出的是,到目前为止,绝大多数的关于海洋拖曳缆体系统的动力学问题研究都没有非常充分地考虑到阻尼的作用。但在海洋拖曳系统的结构动力学分析中,特别是拖缆回转过程中的动态响应分析中,阻尼的作用是不可忽略的。且由于阻尼的存在,拖缆的模态特性也会呈现出高度的复杂性。为探究瑞利阻尼在拖缆回转过程中的影响,基于凝集质量法对瑞利阻尼的在拖缆系统中的表达形式进行了进一步的整理与分解,并对各个阻尼分量的影响进行了归纳总结,得到了一些较为通用性的结论,对于实际海上拖曳作业有一定的指导意义。

水下拖曳系统拖缆末端不确定性量化分析

在多变的海洋环境中,水下拖曳系统拖缆优化设计与拖体精确控制的关键在于拖缆末端不确定性的量化。针对传统不确定性量化方法蒙特卡罗(MC)法计算成本高、精度低的问题,提出一种基于多项式混沌(PC)的拖缆末端不确定性量化方法。利用拉丁超立方采样获取拖缆参数的样本集,并代入集中质量法模型求得拖缆末端位置坐标。通过PC方法生成拖缆末端响应的代理模型,根据正交多项式的特点量化拖缆末端的不确定性,同时与MC方法进行对比。结果表明:相比于MC方法,PC方法的计算结果关于样本数量的收敛速度更快,精度更高;运动响应不确定性与拖缆轴向长度近似正比例关系;缆长增大将导致末端的不确定性增大,且增大趋势逐渐平缓;拖缆参数不确定性一定时,增大母船航速有助于提高拖体在高度上的稳定性。PC方法的准确性和高效性得到验证。同时,拖缆末端不确定性量化分析结果可为相关工程问题提供指导。

宽频拖曳式地震检波器的面波精细化探测成像

传统的主动源面波仪采用锥形速度型检波器,具有频带窄、纵向分辨率低的缺点。传统装置移动测点需人工手动逐一移动检波器,无法低成本快速采集高密度面波数据,横向分辨率低。文中提出适应于硬化路面的拖曳式地震面波数据采集方法,设计重力耦合加速度检波器,线性、阵列拖曳式检波器串结构,提出高采样以提高面波探测精度的方法,实现高密度、小道距、高采样率、宽频数据采集。分析模型数据和实测数据在不同采样率时的结果表明,高采样能压制噪声干扰增强低频能量,保证足够的探测深度;检波器采集的面波数据,能保证在足够的深度范围内精细地刻画速度层的变化,查明潜在的塌陷位置。将拖曳式地震检波器应用于城市道路塌陷探测,体现高效采集、精细探测的优势。

吊放声呐拖曳系统带速回收动力学建模与仿真

吊放声呐是航空反潜重要的搜潜设备,吊放声呐采用带速回收的模式可减少作业时间,有效提高反潜作战效能。带速回收过程吊放电缆所受最大拉力、吊放电缆的偏转角以及水下分机的偏角对吊放声呐系统设计影响较大。建立带速回收过程的动力学模型,根据风洞试验结果,对模型进行标定完善,并对吊放声呐的带速回收过程进行仿真。仿真结果表明,带速回收过程吊放电缆最大拉力基本保持稳定,吊放电缆偏转角与水下分机偏转角变化趋势一致,角度相差不大,同时风速对吊放电缆最大拉力影响很小,在一定范围内风速与吊放电缆偏转角负相关,有利于回收。

基于波束空间交替投影极大似然的拖曳式诱饵分辨判别方法

机载平台在遭遇威胁时,通过释放拖曳式诱饵假目标干扰进行自卫.载机和拖曳式诱饵在雷达波束宽度内,且径向距离小于距离分辨率时,雷达无法通过常规方法对载机目标和拖曳式诱饵进行分辨测量.针对数字相控阵雷达同拖曳式诱饵对抗的问题,提出一种基于波束空间交替投影极大似然(BSAP-ML)方法.首先通过阵元空间到波束空间处理,减少数字相控阵维度;然后通过交替投影方法对目标和拖曳式诱饵的角度进行迭代测量;最后通过基于角度向量的判别方法对载机目标和诱饵进行判断识别.仿真结果表明,该方法可用于数字相控阵雷达,对载机和拖曳式诱饵进行有效的超分辨角度测量和判别.

考虑锚胫作用下拖曳锚在成层土中的嵌入机制

深水系泊系统及其系泊基础的开发已成为发展清洁能源“海上风电”项目的关键课题。拖曳锚由于其较大的承载力和易安装等诸多优势而具有较好的发展前景。基于极限塑性上限分析法,建立了考虑锚胫作用的拖曳锚在成层土中的嵌入轨迹、姿态以及承载力预测模型。利用已有模型试验对本模型进行验证,结果表明:考虑锚胫作用模型轨迹预测误差控制在13.5%,轨迹和角度预测误差相比于未考虑锚胫作用的模型分别降低了78.32%和36.9%。硬土层的强度、厚度和深度共同制约着拖曳锚的嵌入能力。首先,强度比影响最明显,强度比越大,嵌入深度越小,直至无法穿透硬土层;其次,是深度影响,深度越大,承载力越大。能够穿透硬土层的条件下深度对轨迹和角度影响不明显,不能够穿透硬土层条件下深度越大,嵌入深度越大,最终角度越小;最后,是厚度影响,硬土层厚度越大,嵌入过程中承载力越大。

基于弹性微元的拖曳系统动力学研究

针对水下拖曳系统的水动力特性分析问题,提出一种全新的数值求解平台.该平台将求解过程分为拖缆和拖曳体两部分.通过增加微元内部阻尼,提升拖缆求解过程的瞬态计算稳定性,然后用力耦合方法将两部分耦合.与现有试验结果进行对比,验证本平台的有效性,分析拖曳速度、拖缆长度及海流扰动多种因素影响下的系统响应情况.结果表明,拖曳速度增加会减小拖曳体的沉深;拖缆长度增加在增大拖曳体深沉的同时会影响拖曳体纵倾角度的变化;相较于定常来流,在频率为1.57的非定常海流条件下,拖曳体的平均沉深减小0.07~0.11 m、周期性变化幅值为0.1~0.17 m,平均倾角减小0.4°~1.2°、倾角变化幅值为7.8°~9.8°,表明海流对拖曳体维持深度和姿态稳定带来不利影响.该方法可应用于拖曳系统的初步设计阶段,并且在计算合理性、计算速度与计算精度之间能够取得较好的综合平衡.

基于改进Kinky Inference的输出调节自适应无拖曳控制

在空间引力波探测任务中,航天器内部检验质量因存在载荷硬件噪声、环境噪声及微推力器耦合噪声等复杂干扰,影响其无拖曳控制精度,难以实现超净、超稳控制需求。提出一种基于惰性适配Lipschitz常数Kinky Inference (LACKI)的航天器自适应无拖曳控制方法,运用监督学习规则实现先验知识不足、样本数据存在损坏时外界干扰的逼近和抑制,及基于输出调节的模型参考自适应控制(MRAC)方法实现检验质量精确的无拖曳控制。数值仿真验证了无拖曳控制中敏感轴平动和转动自由度的状态响应性能及LACKI规则针对外界干扰的估计效果,通过与常规线性控制方法的对比,验证了所提方法对于提高无拖曳控制精度的有效性。

地心轨道引力波探测无拖曳系统平动控制策略

探讨了一种针对空间引力波探测任务的在轨无拖曳控制技术,基于未来可行的地心轨道探测任务背景进行分析设计,并对搭载两颗检验质量的在轨无拖曳系统进行航天器与质量块间相对运动动力学及耦合特性建模。同时,初步分析了任务中无拖曳系统指标和摄动,并设计了基于频域H_(∞)最优控制理论的系统相对平动控制律。数值仿真结果表明,当双检验质量在轨无拖曳系统各检验质量按激光测距呼吸角排列时,采用无固定追踪点策略且在非敏感轴无悬浮控制输入的情况下,可以实现航天器对基准点的追踪,并满足系统频域性能指标的要求。同时,每颗检验质量的时域偏移量可以控制在微米级别,从而获得任务所需的纯引力基准。

尺度适应重力波拖曳方案在高分辨率数值预报中的应用研究

随着数值模式分辨率越来越高,在复杂地形区域仅考虑高层重力波拖曳作用和地形阻塞作用具有局限性,WRFv4.3模式中新型重力波拖曳方案在原有大尺度重力波拖曳和地形阻塞作用基础上新加入了边界层小尺度重力波拖曳作用,且对湍流地形拖曳作用增加了描述,从而可以达到尺度适应。为了验证新的重力波拖曳方案的效果,本文基于华北区域3 km对流可分辨模式开展了2021年冬季重力波拖曳参数化方案应用试验,对比分析了三组试验方案:不开启重力波拖曳、原有的仅考虑大尺度重力波拖曳和阻塞作用的方案以及新型的尺度适应方案的模拟结果。试验结果表明:原有重力波拖曳方案仅考虑重力波拖曳和大尺度地形阻塞,在3 km模式中对复杂地形附近整层风场影响较大,但是正效果有限;新型尺度适应重力波拖曳方案在3 km分辨率模式中大尺度重力波拖曳和阻塞拖曳作用为0,仅由边界层内小尺度重力波拖曳和湍流地形拖曳起作用,能够达到尺度适应效果;由于高层重力波拖曳为0,开启新型重力波拖曳会降低低空尤其是边界层内风场预报正偏差,对高空风场无影响;对模拟区域的统计检验结果表明,新型重力波拖曳方案可以有效减少地形复杂区域近地面风场预报的误差,但对温度等其它要素的改善有限。

水下拖曳系统姿态建模与快速预报

文中将拖曳缆等效为多段刚性杆模型,对水听器阵与拖曳缆建立稳定状态下的力平衡和力矩平衡控制方程,采用非线性方程组的迭代求解方法进行数值求解,得到了基于多段杆模型进行非线性方程组求解的快速预报方法.与文献中实验的结果和围绕该实验数据进行的部分文献仿真结果进行了对比,在10与18.5 kn两种情况下,该计算与所进行对比的文献仿真计算结果的误差较小,并且与实验结果更为接近,验证了计算结果的准确性.结果表明:该数学模型可以快速解决拖曳阵姿态仿真问题,缩减了计算时间,实现了快速预极的目的.

拖曳式声纳在海洋环境中的背景噪声抑制技术研究

拖曳式声纳在海洋环境中具有重要的应用价值,由于海洋环境中存在较高的背景噪声,需进行背景噪声抑制技术研究。概述了海洋环境中的背景噪声,并探讨了拖曳式声纳在海洋中的应用;重点讨论了拖曳式声纳在背景噪声抑制技术中的重要性,分析了目前技术的应用情况,并探讨了应用中的难点和问题;最后,提出了加强拖曳式声纳在背景噪声抑制技术中应用的有效策略。

航空拖曳诱饵的产品介绍和发展趋势

航空拖曳诱饵作为一种反制设备,通过飞机携带并释放后通过与缆绳与飞机相连,并在工作过程中释放出比飞机强几十倍的雷达或者红外信号,吸引对方的攻击,进而保护自身飞机的飞行安全。本文首先概述了航空拖曳诱饵的基本分类、工作原理及主要特点,接着介绍了一些典型产品,最后讨论了拖曳诱饵的发展趋势。

被动拖曳线列阵声呐探测性能影响因素分析

拖曳线列阵声呐不受搭载平台尺寸限制,已成为水下目标侦察预警系统的重要组成部分。为了能够清晰、直观地给出被动拖曳线列阵声呐探测性能的影响因素,首先介绍被动拖曳线列阵声呐的硬件构成,分析被动拖曳线列阵声呐的探测原理和数学模型,其次根据被动拖曳线列阵声呐的结构特点和应用场景,分别探讨影响被动拖曳线列阵声呐输出信噪比获取因素,最后针对被动拖曳线列阵声呐设计和应用提出几点建议。

两挡减速箱拖曳力矩影响因素分析

为探究多因素对两挡减速箱拖曳力矩的影响程度,文章以某电驱动两挡减速箱及油品为研究对象,以逐一控制单因素的研究方法探究其对整体拖曳力矩的影响。具体是通过试验对于油量、油温及结构阻力因素进行了分析研究,得到其对拖曳力矩的影响关系。试验表明,低转速主要是系统结构零件的摩擦阻力矩;高转速主要是受油量多少的影响,即搅油阻力的影响;且温度对搅油阻力影响较大,保证适合的油温,能够较大幅度减小拖曳力矩。文章为优化阻力矩提供了方向。

一种新型小弯曲半径大拉力低损耗微细拖曳光缆

本文结合中国水下装备对于微细拖曳光缆的使用需求,以上海电缆研究所研发的一种高可靠的小弯曲半径大拉力低损耗微细拖曳光缆为例,介绍了光缆的研发过程、工艺要点、试验方法等。