自主稳定可控制水下拖曳体的设计及控制性能

针对现有可控制拖曳体控制机构复杂、姿态不容易稳定的缺陷,提出并设计了一种自主稳定可控制拖曳体的样机.该拖曳体主要由可调节攻角迫沉水翼、方向稳定浮体和矩形主体组成,拖曳体的轨迹与姿态控制由主动迫沉水翼以及双尾推进器产生的力和力矩的改变来实现.水动力操纵试验表明:采用前述方法设计的拖曳体具有良好的姿态稳定性和更高的深度操纵效率,对其控制系统的设计要求也大大简化.

应用神经网络建立水下拖曳体轨迹姿态水动力控制模型

以拖曳体的拖曳水池样机试验取得试验数据作为训练样本,采用LMBP算法,建立基于神经网络理论构建的可控制水下拖曳体轨迹与姿态水动力控制数值模型,并进行LMBP模型仿真检验。结果表明,利用所建全的神经网络模型对拖曳体在一定控制动作下的水动力响应预报是令人满意的。

基于模糊神经网络理论对水下拖曳体进行深度轨迹控制

以华南理工大学开发的自主稳定可控制水下拖曳体为研究对象,首先通过水下拖曳体在拖曳水池样机中的试验取得试验数据后作为训练样本,采用LM BP算法,建立基于神经网络理论构建的可控制水下拖曳体轨迹与姿态水动力的数值模型。在此基础上设计了一个控制系统,它主要由两部分组成:基于遗传算法的神经网络辨识器和基于模拟退火改进的遗传算法的模糊神经网络控制器。以满足预先设定的拖曳体水下监测轨迹要求为控制依据,由控制系统确定为达到所要求的运动轨迹而应采用的迫沉水翼转角,以此作为输入参数,通过LM BP神经网络模型的模拟计算预报在这一操纵动作控制下的拖曳体所表现的轨迹与姿态特征。数值模拟计算结果表明:该系统的设计达到了所要求的目的;借助这一系统,可以有效地实现对拖曳体的深度轨迹控制。

水下拖曳体多源信息监控系统设计与实现

基于海洋电法探测系统中水下拖曳体对多源信息实时监控的需求,设计了一种准实时监测拖曳体的运动状态与环境信息的监控系统。该系统可与水面监控器保持命令与数据沟通,并在监控器的指令下启动水下电法仪执行参数设置、数据采集等操作。经系统样机的海上测试结果表明,系统性能稳定可靠,能够在其他水下信息采集作业中得到推广应用。

多自由度控制水下拖曳体水动力响应分析

本文根据一种已提出的水下拖曳体三维水动力数学模型,利用FORTRAN语言重新编制计算程序,并通过与FLUENT软件对接实现水下拖曳系统六自由度的动态模拟。在该数学模型中,脐带缆的控制方程采用Ablow and Schechter模型,拖曳体的水动力状态由Gertler and Hargen六自由度运动方程来描述,拖曳体所受的水动力通过FLUENT软件求解N-S方程得到。计算结果表明:迫沉水翼、垂直尾翼控制都能比较灵活地控制水下拖曳体,这表明本文的数学模型和所采用的模拟方法能够比较准确地模拟出整个拖曳系统在拖曳过程中的动力响应状态。本文所提出的数值分析方法可以为水下拖曳体的研发和改进提供一种前期设计准备的数值手段。

一种水下拖曳体的运动特性模拟研究

为了进一步提升深海阵列式拖曳系统的深度调节性能,满足阵列式拖曳系统不同深度作业的需求,设计了一种通过内部调节机构来改变运动姿态与深度变化的水下拖曳体,并对这一水下拖曳体的水动力学进行数值计算。在研究其水动力学相关参数基础上,分析水下拖曳体重心位置变化与运动姿态的关系,验证内部调节机构的可行性。仿真结果表明,拖曳体的设计满足使用要求,不同俯仰角下水下拖曳体深度变化的时间有所不同。在俯仰角40°左右范围内,拖曳体的升力系数最大,并呈现较好的深度调节运动姿态。

水下拖曳体自主布放回收装置设计与研究

为了保证搭载于水面无人艇(Unmanned Surface Vehicle)的水下拖曳体(Underwater Towed Vehicle)能够正常工作,并且能够自主布放和回收水下拖曳体,设计了一种基于无人水面艇的水下拖曳体自主布放回收装置。该装置主要包括绞车、液压系统、滑台、滑轨、起升架以及其他辅助机构,通过液压驱动绞车实现缆绳的收放,通过液压缸驱动起升架、滑轨和滑台实现3级布放回收。整套装置采用液压驱动,滑道式布放回收,该自主布放回收装置可靠性高,占用甲板空间小,满足无人条件下作业,提高了工作效率,工程应用价值高。

水下拖曳体有关问题的初步探讨

本文介绍了通过海上实验及理论分析研制的拖曳体。同时对拖曳体的流体动力布局及其微调装置进行了阐述。该拖曳体经过多次海上实验结果表明：在拖速6—10节时，稳定性良好，下潜力大，阻力较小，可以控制机翼冲角的大小来增减下潜力，改变下潜深度，使其行驶于“锯齿形”的剖面上，随深度的变化自动记录温、盐度。如拖速8．5节，

二体水下拖曳系统的试验研究

介绍了一种将传感器测量法应用于船模试验水池中进行水下拖曳系统模型试验的方法 ,并借助这一方法探讨了二体水下拖曳系统的水动力性能 .试验结果表明 :将传感器测量法应用于船模试验水池中进行水下拖曳系统的试验可以取得令人满意的效果 ,它为水下拖曳系统模型试验提供了一种理想的手段 ;二体水下拖曳是一种使水下拖体在波浪环境下作业时保持稳定的简便、经济的水下拖曳方式 ,它能有效地减少水面拖曳点对水下拖体的波频扰动 ,保证水下拖体在恶劣的海洋环境下拖曳时的姿态稳定 ,是一种值得发展的水下拖曳系统 .

二体水下拖曳中的管道振动及水动力分析

在海洋资源的开发过程中,二体拖曳法是一种很典型的管道拖曳方法。参考水下二体拖曳的具体过程,利用水动力分析软件OrcaFlex建立了管道水下二体拖曳的水动力分析模型,计算了拖曳管道在拖曳过程中的振动和水动力响应。并结合振动和水动力分析结果,得到了水下二体拖曳的相关运动性能和拖曳注意事项。仿真结果表明,二体拖曳过程是一个非常复杂的非线性动态过程。

不同模式下拖缆对水下拖体运动姿态的影响研究

水下拖曳体依据其工作模式的不同,可以分为两种:一种是自身没有驱动力,由拖船或是潜艇带动进行拖曳;另一种是拖曳体自身具有驱动力使其自由航行,可看作AUV。在水下拖曳体工作的过程中,与其相连的拖缆在拖体不同的工作模式下会有不同的响应,而拖缆的这种响应又会对与其相连的拖体造成影响。为研究拖缆对水下拖体的影响,结合某拖曳系统的具体参数,运用大型动态仿真软件OrcaFlex建立了潜艇水下360°回转过程中拖曳系统的动力学仿真模型和拖体自航模式下的动力学仿真模型。通过改变水动力系数、拖速、拖缆参数及回转半径等,探究了不同参数对水下拖体的影响,得到了一些比较有价值的结论,可对具体工程有一定的指导作用。

多机构控制下的拖曳体三维水动力响应分析

以一种自主稳定可控制水下拖曳体为研究对象,分析匀速拖曳时在迫沉水翼和双尾推进器联合作用下拖曳体的三维水动力响应特性.首先根据已有的单控制机构(迫沉水翼或双尾推进器)作用下拖曳体的拖曳水池样机二维试验数据作为训练样本,采用LMBP算法,建立起基于神经网络理论的自主稳定可控制水下拖曳体水动力数值模型,以此为工具分析在两种控制机构联合操纵下拖曳体的三维水动力特性.数值模拟结果表明:利用这一神经网络模型可以对拖曳体在多机构控制动作下的三维水动力响应进行有效的数值仿真模拟.