潜艇动力抗沉运动特性分析

采用潜艇垂直面操纵性运动方程、破损舱进水方程和压载水舱排水方程联立构成的潜艇动力抗沉运动方程,研究了2艘不同吨位潜艇的损管特性和动力抗沉运动,其中动力抗沉运动计算包括单独高压气吹除和高压气吹除加操上浮舵2种情况,并讨论了单独高压气吹除、高压气吹除与操舵联合作用的抗沉效能,从而明确了操舵在动力抗沉中的作用。通过对两艇的仿真计算结果的讨论与分析,并用动力不沉性指数Ka定量地评估了转舵在潜艇动力抗沉中的作用。计算结果表明,潜艇中、首部隔舱破损时,转舵在动力抗沉中效能显著,尾部隔舱破损时效能不明显,甚至作用相反。     

潜艇垂直面操纵中“静载潜浮点曲线”及其应用

本文在潜艇垂直面运动对于静载操纵响应的基础上引进“静载潜浮点”的概念,对它的计算和应用作些初步的探讨。并根据潜艇静载操纵的实际手段绘出了“××型”潜艇静载潜浮点曲线,它和瞬态响应曲线一起构成了潜艇安全操纵的重要依据。文中,也列举了目前部队潜艇操纵中应该注意的问题和采取的措施,解释了一些直观感觉容易产生错误的地方,对于潜艇操纵人员有一定的参考价值。本文得到的基本结论和计算方法对其它类型潜艇同样适用。     

波浪扰动下的小型潜射导弹出水动力学建模与仿真

运用Morison公式,提出波浪扰动作用下,考虑弹体运动与波浪耦合的导弹出水过程动力学模型,并对小型潜射导弹的出水过程进行仿真和分析。以弹体姿态变化为例,研究弹体运动与波浪间的耦合关系对波浪扰动作用的影响,分析海情等级、波浪相位、出水速度、出水姿态角等因素对导弹出水过程的影响。结果表明,考虑弹体运动与波浪间耦合关系的出水动力学模型更加准确;潜射导弹的小型性和快速出水特性有利于降低波浪对导弹出水姿态的影响;对快速出水的潜射导弹,波浪扰动分析时须考虑海情等级、出水时间和波浪相位的影响。     

初始不均衡量对潜艇悬停操纵的影响

当潜艇进入悬停战术机动时,要求准确均衡,以保证潜艇的浮力差和力矩差都为零.以模型潜艇为研究对象,在潜艇悬停运动基本数学模型、海洋环境干扰力模型和悬停水舱注排水控制模型的基础上进行了仿真计算,研究剩余浮力差、剩余力矩差和初始垂速3个初始不均衡量关键指标对潜艇悬停操纵的影响,分析了均衡计算误差和悬停稳定性之间的逻辑关系,研...     

基于方位量测的舰艇对潜定位技术研究

结合舰艇拖曳线列阵声纳实际搜潜装备,利用舰载线列阵声纳测得的潜艇目标方位信息,建立了基于方位量测的舰艇对潜艇目标定位的数学模型,给出求解潜艇运动参数的定位算法,并对定位误差进行了分析,在定位模型及算法的基础上,仿真研究了潜艇与舰艇之间的初始距离、舰艇测得潜艇目标初始方位角、潜艇航向等因素对定位性能的影响,给出仿真结果并进行了分析,该结果对于指导实际反潜具有一定的实用价值。     

基于方位量测的舰艇对潜定位技术研究*

结合舰艇拖曳线列阵声纳实际搜潜装备,利用舰载线列阵声纳测得的潜艇目标方位信息,建立了基于方位量测的舰艇对潜艇目标定位的数学模型,给出求解潜艇运动参数的定位算法,并对定位误差进行了分析,在定位模型及算法的基础上,仿真研究了潜艇与舰艇之间的初始距离、舰艇测得潜艇目标初始方位角、潜艇航向等因素对定位性能的影响,给出仿真结果并进行了分析,该结果对于指导实际反潜具有一定的实用价值.     

基于线列阵声纳的水面舰艇检查搜潜仿真

水面舰艇检查搜潜是其搜潜的主要方式之一.在分析潜艇运动模型和检查搜潜模型的基础上,对仿真环境进行假设,并建立单舰检查搜潜蒙特卡洛法模型,通过仿真试验对其在一定条件下检查搜潜效能进行研究,得出的相关结论对提亮水面舰艇反潜作战运用水平具有较大的实际应用价值.     

潜艇操纵运动模型简化及仿真研究

潜艇运动为六自由度空间运动,具有强非线性和耦合性。针对运动预报、仿真及控制器设计等不同需要,建立兼顾准确、简洁的操纵运动模型十分重要。对潜艇运动标准方程进行简化,分别建立空间运动模型、平面非线性模型及平面线性模型。经过仿真和特征参数计算,验证了简化模型的合理性。通过比较分析,给出了不同机动条件下用于运动仿真和控制器设计的模型选用建议。     

直升机吊放声纳应召搜潜模型

反潜作战已成为现代海战中的重要作战样式之一。针对直升机吊放声纳应召搜潜中潜艇初始位置散布以及潜艇的航速估计问题,介绍了吊放声纳的典型搜潜方法,建立了潜艇的初始位置散布模型。然后,应用概率论知识建立模型,对潜艇最大航速进行了估计。经过论证得出结论,将两倍的经济航速确定为潜艇最大航速是合理的,此时,潜艇的航速服从瑞利分布。最后,运用所建模型对潜艇的航速以及吊放声纳的发现概率进行了仿真计算,仿真计算结果与解析计算结果基本相符。     

扁平潜器前进与倒航稳定性评估

基于现有条件和针对扁平潜器的特点,由拖曳水池模型试验确定了攻角、漂角水动力,用经验方法近似估算了旋转水动力.用所得到的线性水动力系数,按照线性稳定性理论方法评估了扁平潜器正航和倒航下水平面、垂直面内的运动稳定性.将正航下水平面、垂直面内的运动稳定性计算结果与资料中类似的扁平潜器进行了比对分析,结果表明两者具有相同的稳定性特征,即垂直面内具有运动稳定性,而水平面内不具有航向稳定性.最后采用主推进器PD控制方法,用非线性运动模型数值仿真计算了主推进器控制作用下扁平潜器的运动.仿真计算结果表明,除了水平面倒航运动外,垂直面正航与倒航、水平面正航运动都可以通过主推进器的控制实现扁平潜器的运动控制.仿真计算结果还表明,在相同的PD控制参数下,航速愈低倒航对深度响应时间愈长.     

层次分析法在对潜多目标威胁度评估中的应用

针对潜艇行动隐蔽的主要特点,引入层次分析法来解决潜艇威胁度评估问题。以水面舰艇对潜作战为背景,对影响潜艇威胁度评估的六种属性进行分析,提出基于层次分析法的多目标潜艇威胁度评估模型。通过建立层次结构模型,构造判断矩阵,获取了六种属性的权重值,并进行实例计算演示了评估的过程。该方法可一定程度地解决对潜作战多目标威胁度评估和排序问题,提高水面舰艇对潜火力分配效率。     

全附体潜艇模型回转运动流场数值模拟

为研究潜艇的回转运动,在RANS方程中引入旋转坐标系科氏力和艇体惯性离心力,并采用分块结构化网格技术,对全附体潜艇模型回转运动的流场进行了CFD数值模拟。首先,推导了旋转坐标系下流场计算的控制方程,给出了科氏力和艇体惯性离心力的表达式,并将其引入到动量方程中;然后,采用RNGk-ε湍流模型以及用户自定义函数方法设置了计算边界条件,数值模拟了全附体潜艇模型(DRAPA SUBOFF)的操舵定常回转运动流场;最后,分析了所计算流场的速度、压力和涡的分布及形态,分析表明计算结果符合其规律性。     

被动声纳浮标目标运动分析及其仿真计算

针对直升机搜索潜艇的特点,研究了被动声纳浮标目标运动分析问题。对固定目标和匀速直线运动目标,分别应用确定性计算和线性最小二乘法进行数学建模及其仿真。仿真结果表明该模型可行,能对被动式声纳浮标搜潜的目标定位提供算法依据。     

波浪作用下水下航行体出水成功概率预报

为了实现实测波浪作用下水下航行体出水成功概率预报,为潜艇作战提供一种水下发射的快速预报方法,基于边界元方法建立了水下航行体出水姿态计算模型,对不同波浪条件下水下航行体出水姿态参数进行了计算。同时,将不同波浪条件下的出水姿态参数进行集成,形成了规则波浪数据库。以渤海湾某时间段的实测海况作为发射环境,建立符合瑞利分布的波高概率分布模型,将尾部触水俯仰角作为判定条件,对实测波浪下水下航行体出水成功概率进行预报。计算结果表明,在考虑最恶劣工况下,相对于静水条件下的出水俯仰角偏差随着波高的增加而减小;相同波高下,受到出水相位的影响,出水俯仰角偏差呈余弦变化规律。该预报方法对于潜艇作战判定发射时机具有一定参考价值,为水下发射的成功概率预报提供参考。     

液舱晃荡对潜艇系泊系统稳定性的影响

液舱内自由液面的晃荡会影响船艇的稳定性。引入混合系统理论,对液舱晃荡影响下的潜艇系泊系统进行了分析,介绍了判断混合系统稳定性的Lyapunov指数判据。针对一类典型的潜艇系泊方式,建立了晃荡影响下的系泊潜艇横荡运动刚性碰撞模型。基于该模型对系统进行数值仿真,研究了晃荡流体对系泊潜艇稳定性的影响。结果表明,液舱晃荡影响下的潜艇系泊系统具有阶跃特性和强烈的非线性特征,用混合系统可以有效描述系泊系统的连续运动和状态跃变,从而验证了这种方法的可行性。     

直升机单机等距螺旋应召搜潜效能模型与仿真

等距螺旋法是直升机应召反潜中常用的搜潜样式。潜艇位置误差及航速误差对螺旋搜潜概率及搜潜战术运用具有显著影响。依据研究问题的逻辑关系,分别建立了潜艇速度散布模型和等距螺旋搜潜效能模型,运用蒙特卡罗法对直升机应召螺旋搜潜效能进行分析评估。实例验证了模型的可信度,提出了存在潜艇速度误差条件下,延迟时间和预估航速的改变对于搜潜效能的影响。     

发射潜空导弹对潜艇生存概率影响

潜艇对抗反潜机中潜空导弹的使用是一个对潜艇生存概率产生重大影响的复杂的决策过程,运用贝叶斯网络将过程指标体系作为修后评价指标体系的先验知识。首先建立潜艇发射潜空导弹后潜艇生存概率的评价指标体系,然后,建立贝叶斯网络模型,通过改进的模糊综合评价方法确定了根节点的先验概率,通过专家经验法确定了子节点的条件概率,并给出了模型的具体求解步骤。最后将先验概率与条件概率输入Netica仿真软件,对贝叶斯网络进行仿真与分析。结果表明:提出的方法能够在一定程度上解决潜空导弹发射后潜艇的生存概率问题,为完善潜艇的作战理论和潜艇生存概率评估提供了借鉴。     

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.     

应召螺旋搜索下的潜艇规避策略

应召螺旋搜索是对潜搜索中的一种常用方法,针对潜艇如何规避搜索研究了搜索模型,通过分析发现潜艇选择不同的航向会影响潜艇规避成功的概率,并通过仿真试验进行了验证.     

航速振荡对船舶纵摇与垂荡耦合运动的响应模型

为解决船舶纵向速度振荡对纵摇与垂荡运动响应影响问题,开展了有船舶纵向速度振荡条件下的纵摇与垂荡耦合运动响应模型研究。建立了一组坐标系,基于弗汝德-克雷洛夫假定,推导了船体切片的浮力、阻尼力和惯性力,通过对切片的积分得到了船体纵摇和垂荡的水动力(矩),推导并得到了纵摇与垂荡耦合运动响应方程。初步讨论分析了纵向振荡速度、加速度和位移对船体水动力及波浪力(矩)的影响,得到了纵向振荡位移对纵摇与垂荡耦合运动特性有显著影响的初步结论。