超高速水下航行器纵平面运动特性分析

超高速水下航行器运行于巡航阶段时,由于大部分表面被超空泡所包覆,其运动模式完全不同于常规的全沾湿水下航行器,表现出独有的运动特性。为了对超高速水下航行器实施深度和姿态控制,研究其纵平面运动特性是必要的。该文从超高速水下航行器流体动力产生的机理出发,分析了其力学特性,建立了航行器纵平面运动方程,分析了其欠阻尼运动特性,指出了运动控制中攻角不得超限的关键问题,给出了控制作用不能太强的建议,以上分析结论可为超高速水下航行器控制系统设计提供参考。

超高速水下航行器定深控制

超高速水下航行器巡航阶段的核心问题是定深控制问题,超高速水下航行器运行于巡航阶段时具有独特的运动特性。针对超高速水下航行器巡航阶段的运动特性及其具体运动条件下的特点,提出了使用极限操舵方式对超高速水下航行器实施直接深度控制以及通过姿态控制从而间接控制深度的2种深度控制方法,同时还对深度反馈信号的获取进行了讨论。本文提出的控制方法简单易实现,鲁棒性好,数字仿真证明了其有效性。

超高速水下航行器纵向运动稳定性分析

为了进一步研究超高速航行器空化减阻问题,建立了空化状态下超高速水下航行器纵向运动数学模型,对该航行器在巡航段平衡状态下受扰动时的攻角和俯仰角速度的阶跃响应进行了分析,并通过根轨迹法分析了运动的稳定性。分析结果表明,通过给定平衡攻角和平衡舵角,航行器能够呈现一定的静稳定性,该特性有利于以直航弹道为主的超高速水下航行器保持超空泡稳定。

超高速水下航行器控制方法研究热点综述

超高速水下航行器借助超空泡减阻技术可以达到常规全沾湿航行器难以企及的200 kn以上的高航速,对这类航行器的研究近年来呈现出由机理阐释向应用研究发展的主导趋势。在此趋势下,针对超高速航行器控制方法的研究日益成为该领域的热点。文中首先给出了超高速水下航行器的概念,继而综述了国内外最新研究进展,随后提出并分析了若干热点研究问题,包括对被广泛引用的Dzielski模型的讨论,以及非线性滑行力、系统不确定性等动力学特性的研究热点,和线型控制、反馈线性化、变结构控制、模糊控制等热点控制方法的优劣对比等,最后对研究现状进行了总结,展望了未来的发展方向,提出对被控对象描述范围的拓展将是超高速水下航行器控制领域未来发展的主要驱动力,同时智能控制也将成为超高速水下航行器控制方法的重要研究方向之一。

水下超高速航行器首舵控制系统的设计

水下超高速航行器处于巡航阶段时,由于其大部分表面被超空泡包裹,运动模式不同于常规的全沾湿航行器;为了对超高速水下航行器的定深弹道实施控制,在研究水下超高速航行器运动模型的基础上,对首舵机控制系统的控制率进行了综合,研制了一种新型的深度间接控制的电动首舵机闭环控制系统;详细介绍了功率控制单元的工作原理、硬件设计的关键技术及控制软件设计;地面考核试验证明该控制系统完全满足超高速航行器的姿态控制要求;研究结果可为水下超高速航行器控制系统的设计提供参考。

双自由度舵机传动机构运动学仿真

超高速水下航行器在航行过程中工况复杂,速度跨度大,舵效变化大,常规舵机无法满足操舵要求,而双自由度舵机可以改善操舵性能。文章以该舵机的传动机构作为研究对象,利用UG软件建立三维实体模型,并将其导入到ADAMS软件建立基于多体接触理论的机械仿真模型,仿真得到各级齿轮转速与啮合力。仿真结果表明转速相对误差小于1%,啮合力相对误差小于6%,验证了仿真模型的正确性。仿真结果可为传动机构的优化设计提供参考。