潜艇垂直面波浪力计算与运动仿真

为对潜艇在垂直面波浪力作用下的运动规律进行研究,基于PM谱长峰不规则波,采用Hirom近似公式计算垂直面波浪力。以某典型潜艇为对象,基于潜艇操纵运动线性模型,叠加波浪力,进行了潜艇近水面潜浮运动仿真。分析了不同浪向、波高、初始潜深、航速条件对潜艇潜浮运动响应的影响。进行了波浪干扰下潜艇操舵运动响应仿真,分析了波浪对操舵运动响应的影响。仿真结果能够较为真实地反应潜艇在垂直面波浪力干扰下的运动情况。计算模型与仿真程序系统满足检验的需求。     

鳍对拖式吊舱推进器水动力性能的影响

为考察鳍对拖式吊舱推进器水动力性能的影响,用基于速度势的面元法建立了吊舱推进器水动力性能计算的数学模型,对附鳍的吊舱式推进器的定常及非定常水动力性能进行了预报.螺旋桨和吊舱及鳍之间的相互影响通过迭代计算来处理.采用计算较为简便的关于扰动速度势的基本积分微分方程,并采用双曲面形状的面元以消除面元间的缝隙.在桨叶随边满足压力Kutta条件,用Yanagizawa方法求得物体表面的速度分布.计算了无鳍、单鳍和双鳍拖式吊舱推进器的水动力性能,计算结果表明,鳍会产生推力,使得双鳍时整个推进器的水动力性能最好,单鳍次之,无鳍最低.     

潜艇应急上浮六自由度运动及黏性流场数值模拟

为揭示潜艇应急上浮过程中的强非线性运动及水动力作用规律,基于RANS方程及流体体积模型,针对Suboff标模建立了潜艇应急上浮数值预报方法。通过开展不同纵倾攻角及斜航漂角下全附体模型的水动力计算,验证了该计算方法的有效性,确定了其适用范围,进而结合整体动网格技术模拟了潜艇的应急上浮过程,获得了艇体六自由度运动的时历参数及流场细节信息。数值模拟结果表明该方法能够较合理地描述潜艇上浮的运动规律,也证明了该方法在潜艇上浮多自由度运动及水动力性能研究中的潜力和适用性。     

潜艇应急上浮机动不稳定性建模与仿真

为了避免潜艇在应急上浮过程中,由于较快的上浮速度以及较大的负攻角,水动力呈现强非线性,在横向流作用下潜艇可能产生过大的横倾角甚至失稳倾覆.基于艇体水流入射角和方向角定义下的潜艇非线性水动力描述形式及其试验结果,采用一种新形式的大攻角非稳态潜艇操纵运动仿真数学模型,对高压气吹除主压载水舱后潜艇应急上浮过程的运动状态进行预报.采用拉瓦尔喷管理论对高压气吹除主压载水舱的热力学过程进行建模,并将该过程计算得到潜艇所受的复杂激变力作为潜艇操纵运动仿真数学模型的控制输入,计算结果表明:相较于高压气吹除指数模型,采用的拉瓦尔喷管模型能更为真实地反映实艇高压气吹除过程,对潜艇应急上浮机动的运动状态预报更为准确.应急上浮过程中快速造成较大的尾倾角有利于抑制横倾角的增大,且横倾角主要受水舱吹除顺序的影响,受初始深度的影响较小.根据潜艇事故工况下的初始状态制定有效的高压气应急吹除挽回策略,是抑制应急上浮横倾角的主要手段.     

风作用下缆船拖带非线性系统运动数值模拟

基于船舶操纵性运动方程和拖缆的三维动力学运动方程,提出了被拖点位置匹配的方法,建立了拖船—拖缆—被拖船系统的非线性整体拖带动力学模型.为了考察被拖船航向稳定性与横向稳性的关系以及风载荷作用的影响,被拖船采用水平面四自由度运动方程,并引入了风的作用力和力矩.拖船采用PD控制方法较真实地模拟了拖船航向改变的运动过程.对一个拖船—拖缆—被拖船系统(5 000 t的拖船和3 000 t的被拖船)在时域内进行了风作用下拖带运动的模拟.计算结果表明,风力增大拖带航向稳定性降低,拖带航向稳定是横向稳的必要条件.数值计算结果归纳出判别被拖带船航向稳定性的极坐标图,该极坐标图表明顶风航行较顺风具有较强拖带航向稳定能力,但是拖带航向稳定性区域很小,而顺风和顺斜风拖带比顶斜风具有更大的拖带航向稳定性区域.     

拖缆系统直线定常运动仿真计算

推导了一个三因次拖缆系统动力平衡运动方程式 ,采用中心差分方法数值离散拖缆系统动力平衡方程 .根据离散方程编制了拖缆系统直线定常运动程序 ,在设定拖缆尾端自由边界条件及拖点边界条件下 ,数值仿真计算 30m拖缆的阵形 .根据仿真计算讨论了拖缆的材料刚度、拖缆水中重量、拖点速度、水动力系数主要参数等对拖缆阵形的影响 .拖缆系统直线定常运动的仿真计算为拖缆系统设计可提供参考依据 ,同时通过该仿真计算及讨论 ,为拖缆系统非定常运动仿真计算奠定了基础     

高超声速飞行器俯冲机动最优制导方法

为解决高超声速飞行器俯冲段精确制导与机动突防问题,研究了机动突防最优制导方法。针对零化视线角速率降低突防性能的问题,在俯冲平面及转弯平面内分别设计了正弦形式的视线角参考运动,同时为进一步实现俯冲精确制导,以落速最大为性能指标利用最优控制对其进行跟踪,引入了伪控制量以简化最优制导问题的求解,最后分析了该方法的稳定性及制导性能。以CAV-H为例进行仿真分析,仿真结果表明该方法能够实现机动飞行,且能够高精度地满足终端落角及落点约束,可为高超声速飞行器俯冲段精确制导及机动突防提供参考。     

采用运动伪装理论的冲压动力导弹制导律

在视线旋转坐标系内设计制导律是一种不通过双平面解耦处理三维制导问题的途径。针对高速机动目标的三维末制导拦截问题,基于运动伪装理论的运动伪装条件,在视线瞬时旋转坐标系内推导出一种适用于冲压动力导弹的运动伪装制导律。动力学仿真结果表明,与经典比例导引律相比,该制导律在考虑冲压动力导弹最大可用攻角、侧滑角及余气系数限制下,可以有效降低导引头的视线转速率及命中点需用过载,具有良好的制导特性。     

高超声速飞行器纵向平面滑翔飞行制导控制方法

针对高超声速飞行器纵向平面内准平衡滑翔制导控制问题,提出一种基于动态面控制和滑模控制的制导与姿态控制系统设计方法。建立高超声速飞行器纵向平面质心和绕质心运动模型,以航程预测-校正控制为出发点得到期望速度倾角并结合飞行器纵向模型中速度倾角、攻角和俯仰角速率间的关系,利用动态面控制方法、终端滑模控制和二阶滑模控制方法完成高超声速飞行器纵向平面内制导与姿控系统设计。基于偏导系数矩阵形式的通用高超声速飞行器气动模型,完成期望攻角和左右升降舵偏角指令的解析计算。通过高超声速飞行器对该制导控制系统设计方法的有效性和鲁棒性进行仿真验证。根据数值仿真结果,系统阐述了高超声速飞行器进入准平衡滑翔飞行前后制导控制系统工作的特点,进而总结了从初始下降段到准平衡滑翔段交班飞行阶段制导控制系统设计需要注意的问题。     

两栖UAV动力学建模与仿真

两栖UAV是介于空气与水之间运动的新概念飞行器,由于同时受到空气动力,水动力的作用,动力学特征较巡航飞行器和水面滑行艇均有很大差别.基于空气动力学和二元平面滑行理论.建立了两栖UAV的飞行动力学模型和滑跳动力学模型,同时给出了仿真算例,并对两栖UAV的滑跳过程进行了弹道仿真研究.建模可以为两栖UAV的方案总体设计,滑水外形优化和弹道方案设计提供理论依据和计算方法.     

横向运动板对长杆弹侵彻的偏转作用

弹体的攻角直接影响其侵彻能力,而横向运动板能使弹体发生偏转改变攻角,间接影响弹体的侵彻能力。在一定条件下,推导长杆弹在单层横向运动板作用下的偏转模型,并利用有限元仿真软件ANSYS／LS-rDYNA对长杆弹侵彻横向运动板的过程进行数值模拟。通过对偏转模型及仿真结果的分析,发现两者较为相符。研究结果显示：长杆弹侵彻横向运动板时,弹体会发生偏转,偏转的角速度先增后减,最后为0rad／s,此时偏转角最大;弹体速度方向也会发生偏转,其最终偏转角与弹体轴线的偏转角接近。     

正规形法在弹箭非线性运动分析中的应用

非线性气动力对弹箭运动特性具有重要影响,而其复杂性和有效分析工具的缺乏往往制约了弹箭非线性运动理论的发展.为探索正规形方法在弹箭非线性运动分析中的应用,构造了考虑二次非线性阻尼和七次非线性静力矩下攻角方程的正规形,进而求得攻角的通用解析解,通过数值积分验证了其在较大攻角范围内的有效性,该解析解也同样适用于无阻尼角运动和...     

Optimization of Submarine Hydrodynamic Coefficients Based on Immune Genetic Algorithm

Aiming at the demand for optimization of hydrodynamic coefficients in submarine's motion equations,an adaptive weight immune genetic algorithm was proposed to optimize hydrodynamic coefficients in motion equations.Some hydrodynamic coefficients of high sensitivity to control and maneuver were chosen as the optimization objects in the algorithm.By using adaptive weight method to determine the weight and target function,the multi-objective optimization could be translated into single-objective optimization.For a certain kind of submarine,three typical maneuvers were chosen to be the objects of study:overshoot maneuver in horizontal plane,overshoot maneuver in vertical plane and turning circle maneuver in horizontal plane.From the results of computer simulations using primal hydrodynamic coefficient and optimized hydrodynamic coefficient,the efficiency of proposed method is proved.     

锥形运动控制的导弹姿态稳定性分析

针对锥形运动对弹体稳定性的影响,建立了导弹锥形运动控制的非线性数学模型,通过引入复攻角的概念,使难以用解析手段处理的非线性模型转换成可解析的一般模型。根据线性化模型分析了导弹复攻角运动方程,推导了制导控制系统参数的稳定控制域范围,分析了控制系统阻尼回路和控制回路对导弹锥形运动稳定性的影响规律,提出了锥形运动控制的稳定性判定方法。仿真结果进一步验证了该判定方法的可行性和正确性,为导弹锥形运动的制导控制系统设计提供了依据。     

旋成体射弹倾斜入水运动仿真

为了研究运动参数和弹头外形对弹体斜入水过程的影响规律,采用气液两相流体积分数和水汽空化模型,通过嵌套网格实现刚体三自由度运动学和动力学耦合,模拟了弹体以80～100 m/s速度倾斜入水开空泡阶段的运动过程。经文献实验验证,入水弹体速度与位移的误差为0～6%和-8%～0,转动角度误差为-6%～0。通过对入水速度和入水角度的多工况模拟研究,发现入水速度增大,弹体轴向冲击载荷增大,最大载荷与速度的平方呈线性关系,弹体速度非线性衰减率大;入水角增大,弹体转动角速率减小,运动稳定性强,速度衰减率不受入水角影响。与圆锥头部弹体相比,采用头部阶梯状修型后的弹体的平均速度衰减率、转动角速率和最大轴向冲击载荷分别降低到66.7%、40%和77.2%,显著提高了运动稳定性。     

小水线面双体船横摇阻尼特性数值与试验研究

针对安装稳定鳍的小水线面双体船开展了零速静水自由横摇衰减数值与试验研究。通过不确定度分析验证数值计算方法的可靠性,进而对比船体的线性横摇阻尼和非线性横摇阻尼,并分析摩擦阻尼和稳定鳍对小水线面双体船横摇恢复力矩的影响规律。结果表明:由数值计算求得的自由横摇衰减曲线与试验结果吻合良好;在线性横摇运动假设下,线性横摇阻尼系数随着初始横倾角的增加而增大;将通过数值计算求得的非线性阻尼系数代入到非线性横摇运动方程中能准确地模拟船体的自由横摇衰减运动;摩擦阻尼和稳定鳍对小水线面双体船零速静水自由横摇时的横摇恢复力矩贡献很小。     

分层流体中水平运动潜体产生的内波分析

从线性化的Euler方程和连续方程出发,采用线性自由面条件,通过傅里叶变换法研究水平运动点源在分层流体中产生的内波.利用源汇分布法分析运动潜体产生的lee波,采用稳定相法计算远场速度.计算结果表明,高模态内波的波域角小于低模态内波的波域角,内波的波域角小于Kelvin波的波域角;随航速增大lee波主要表现为散波.     

浮式振荡立轴叶轮的三维效应影响

为研究振荡运动下立轴水轮机的三维效应影响，采用ANSYS CFX软件三维模拟立轴水轮机在不同展弦下的振荡运动（横荡、纵荡），并与二维模拟的立轴水轮机作对比，通过最小二乘法拟合计算得到水轮机推力和侧向力系数时域结果，分析得到不同展弦比下水轮机阻尼系数和附加质量系数。结果表明：随着展弦比增大，叶轮潮流能的转换效率逐渐增大；三维振荡叶轮的水动力载荷与叶轮展长呈正相关，当展弦比达到10时其水动力载荷及能量转换效率和二维的计算结果相当；三维水轮机水动力系数常数项和阻尼项随展弦比增大而增大。     

核磁共振研究溶胀AB-交联聚合物中的分子运动

测定了溶胀的PPU/PSAB 交联聚合物中链段和侧基的13CT1和NOE ,用VJGM模型和三等价位跃迁内旋转、扩散内旋转以及等价、不等价两位置跃迁内旋转模型分析了其中的主链链段运动和侧基内旋转运动 ,求出了主链和侧基的运动相关时间、扩散系数和活化能等参数 .结果表明PS含量对PPU运动的影响极小 ,PS主链运动活化能与PPU含量存在线性关系 .丙烯酸与苯乙烯共聚对PPU的运动几乎无影响     

伺服机构故障下基于线性规划的运载火箭姿控系统重构控制

发动机伺服机构故障给新一代运载火箭姿控系统的可靠性和安全性带来挑战,亟须开展重构控制策略研究。针对这一问题,提出一种基于线性规划的摆角重构控制分配方法。将伺服机构故障下的摆角分配问题转化为1范数单目标有约束优化问题,进而转化为标准的线性规划模型,采用单纯形法进行求解。仿真结果表明,所提出的线性规划法能够实现伺服机构故障下姿控系统的完全重构,各摆角均未达到饱和值,表明了方法的有效性。