超空泡水下航行器空间运动建模与弹道仿真

在包含超空泡"时间延迟"效应的基础上,建立了超空泡水下航行器空间运动模型。模型中体现了机动条件下空泡中轴线相对航行器中轴线的偏移产生的流体动力及力矩。为考察该模型在强机动条件下的准确性,进行了弹道仿真分析。结果表明所建立的模型能够描述航行器机动运动的特性;同时表明在实施极限操舵模式时,舵角极限量是影响姿态角对舵角振荡特性的关键因素。该结论对超空泡水下航行器控制技术研究具有重要意义。

机动超空泡水下航行器纵平面运动特性分析

超空泡水下航行器机动运动由于有空泡的时间延迟效应和重力效应的存在,使得航行器与直航超空泡航行器的运动特性有很大的不同;进行纵平面运动分析,是对航行器实施深度控制和姿态控制的前提;考虑时间延迟效应和重力效应引起的空泡轴变形,建立超空泡航行器机动航行纵平面运动模型,推导纵平面运动传递函数,并以某小口径(约200mm)超空泡水下航行器的特征参数为例分析其运动特性;纵平面运动特性分析为超空泡水下航行器机动运动的系统设计和控制提供了重要参考。

超空泡水下航行器直航弹道三通道控制与动态特性仿真

水下航行器在超空泡状态直航时,其运动模式和常规全沾湿水下航行器完全不同,为保证该模式下直航弹道的稳定性,提出对超空泡航行器的纵平面、水平面和横滚三通道进行特殊控制。从超空泡航行器流体动力产生的机理出发,分析了其力学特性,建立了航行器三通道空间运动模型;采用空化器首舵和航行器尾舵对超空泡航行器直航弹道进行控制,利用极限操舵的控制模式降低了三通道之间的耦合。针对超空泡航行器直航三通道进行了动态特性仿真,仿真结果表明弹道航向稳定、深度偏差小、横滚振荡幅度可控。

基于内外环设计的超空泡航行器容错控制

针对高速水下超空泡航行器(underwater supercavitating vehicle,USV)纵向运动模型,提出一种基于内外环的容错控制系统设计方法。为实现USV的大机动控制,文中未使用小角度假设简化模型,而采用更接近物理实际的非仿射非线性模型。基于此,提出一种故障估计器用于实时在线估计故障值,采用时标分离技术设计USV的容错控制器,并利用估计的故障值在线重构控制器以达到容错的目的,仿真结果表明了所提方法的有效性。

强机动超空泡水下航行器空间运动控制面布局(英文)

针对超空泡航行器航向舵后置布局在强机动航行时舵效不足的问题,建立了一种全新的兼顾直航与机动运动的控制面布局模式,首次提出了非对称分布艏舵的超空泡航行器控制面总体方案,采用双自由度空化器作为控制面,水平偏转控制航向,上下偏转控制俯仰和深度,且在空化器下部复合抗横滚鳍片。针对某超空泡水下航行器进行了系统动态特性仿真分析,横滚剩余力矩约从0.1s衰减至0,极限横滚角小于0.1°。分析结果表明:以空化器作为艏部航行舵替代常规布局的尾部航向舵,可以显著提高舵效。

超空泡水下航行器运动学与动力学模型

在考虑超空泡"时间延迟"效应的基础上,建立了强机动情况下的超空泡水下航行器空间运动学与动力学模型.为考察该模型在弱机动条件下的适配性,以航行器俯仰通道为例,对忽略超空泡时间延迟效应和考虑延迟效应两种情况进行了仿真对比研究,得到如下结论:弱机动条件下,两种情况均能较好地反映航行器的运动特性;施加相同的俯仰角时,后者的一阶响应比例增益较小,且表现出较强的振荡特性,在控制系统设计时应特别注意微分环节的引入.研究结论对超空泡水下航行器控制技术研究具有重要意义.

考虑空泡延迟特性的超空泡航行器运动控制模型

基于超空泡的独立扩张原理,考虑了超空泡的时间延迟特性,在随体坐标系中建立航行器尾部中心指向超空泡中心的空间矢量,提出了可以描述超空泡航行器机动航行特性的运动控制模型。在充分考虑超空泡航行器巡航阶段纵平面为弱机动的基础上,对运动模型进行了无横滚匀速定深直航简化。所得航行器空间运动模型既考虑了超空泡的延迟效应诱发的空泡脱体现象,也兼顾了巡航阶段运动特点的描述,模型封闭,便于工程应用,可作为航行器机动运动控制的对象基础。

一种水冲压发动机推力测试方法

为了探索适用于超空泡水下航行器水冲压发动机的推力测试方法,采用理论分析与仿真计算相结合的研究手段,建立了发动机喷管推力量值与流场参数之间的关联理论模型,提出了推力量值的水下测试及估算方法,并针对具体的超空泡水下航行器外形及典型工况进行了流场数值计算,利用所提的测试方法计算的推力值与设计值相比较,论证了该方法的可行性。同时,针对发动机喷管的过膨胀、欠膨胀工况进行独立分析,获得了喷管出口截面的流场特征,为测试方法中喷管出口截面处关键流场参数的测量提供可操作性和可实现性依据。