高压气吹除时机对潜艇应急吹除性能的影响分析

高压气吹除主压载水舱是潜艇水下动力抗沉的重要操纵手段之一。由于在高压气吹除主压载水舱的过程中,高压气不同吹除时机对潜艇的运动形式和姿态没有充分的理论研究和计算,导致在实际的高压气吹除主压载水舱过程中高压气吹除时机具有很大的随意性,严重影响潜艇应急吹除的性能。建立高压气吹除模型,运用计算机对艏部和舯部破损工况进行仿真计算并对结果进行分析,得出高压气吹除时机对潜艇能否够成功挽回起着关键性的作用。     

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.     

潜艇高压气吹除主压载水舱排水模型研究

在部分假设基础上,分析了潜艇高压气吹除压载水舱过程中舱内气体和海水等参数的变化特征,利用体积变化法和伯努利公式计算法建立了高压气吹除压载水舱排水模型,并通过算例验证了所建模型的准确性,结果表明:所建立的数理模型中部分假设和简化是合理的,能正确描述高压气吹除压载水舱排水过程。     

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。     

破损潜艇应急起浮操纵控制研究

在建立高压气应急吹除模型的基础上,通过计算机模拟仿真对高压气吹除过程中计算型潜艇应急上浮的主要参数进行计算和分析,给出了艏部破损和舯部破损时操纵安全界限图中的进水限制线,提高了潜艇应急上浮操纵的安全性.     

潜艇舱室进水时应急挽回过程中的横摇运动

通过分析潜艇应急操纵情况下的横摇运动方程,提出了影响潜艇横倾变化的因素。然后,对不同事故状态下的舱室进水事故进行了数值仿真,确定采取不同挽回措施时潜艇运动状态的变化规律,验证潜艇状态参数对潜艇横倾变化的影响规律,并提出了减小应急上浮过程中横倾威胁的方法,以防止潜艇应急挽回过程中出现横摇、"枯叶"上浮现象。     

现代潜艇水下快速吹除技术

本文对当前火药燃气吹除潜艇压载水舱技术在应用方面所表现出的快速吹除的实际效果和存在的问题作了简要的评述,说明了联氨快速吹除技术在现阶段的应用中占有特别重要的地位。同时指出,把更高效能的火药燃气与高压空气联合使用的安全快速吹除措施将是今后开发研究的方向。     

潜艇动力抗沉过程姿态和运动规律预报研究

为了解决潜艇动力抗沉过程运动特性预报难和准确性不高等问题,在建立动力抗沉应急操纵模型基础上,首先研制了潜艇动力抗沉姿态预报系统;然后,通过大量数值仿真得到了各种工况下潜艇运动特性和姿态变化规律。这些规律和结论可为潜艇指挥员快速正确决策提供理论依据和指导建议。     

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。     

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。     

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...     

滑模变结构控制的月球着陆舱姿态控制系统设计

在我国的探月计划中,要实现月球探测器软着陆于月球表面.在分析月球着陆舱软着陆段的飞行任务对于姿态控制要求的基础上,基于滑模变结构控制方法,根据实际姿态角和期望姿态角的偏差,给出了线性滑动模态面的切换方程,采用指数趋近律和边界层削抖的方法,推导出期望控制力矩的计算公式.并研究了姿控发动机的配置特点和点火逻辑.给出了由期望力矩计算实际控制力矩的方法.仿真结果表明,该姿态控制系统能迅速地将着陆舱跟踪到期望姿态.着陆舱经过514s飞行,在距月面2 km处将速度减为零,将姿态调整到垂直向下,完成了飞行任务.飞行轨迹比较平滑,具有较好的鲁棒性和自适应性.     

小型固体运载器一、二级分离动力学与仿真研究

某低成本小型固体运载器采用侧喷流和栅格舵联合进行姿态控制。针对该布局,设计引入闭环姿态控制的一、二级级间冷分离方案。在描述级间分离过程的基础上,建立了分离运动学与动力学模型,解锁与分离冲量装置模型,气动力模型以及分离姿态控制律模型,讨论了碰撞判断条件,通过Monte Carlo仿真验证了参数不确定条件下分离姿态控制律设计对于避免碰撞和减小上面级初始姿态偏差的有效性。结果表明所设计的分离方案在充分发挥冷分离优势的同时能够弥补由冷分离时间长引起的上面级初始姿态偏差,能够有效避免级间碰撞。为该运载器的级间分离方案提供了一种可能的选择。     

控制力矩陀螺的动态扫描成像卫星姿态控制

针对卫星动态扫描成像任务中的姿态控制问题,建立卫星姿态动力学模型,分析动态扫描成像任务对姿态控制的特殊需求。结合动态扫描成像任务需求提出一种典型的姿态机动方案,对姿态机动过程所需控制力矩进行估计。基于期望力矩和星体实时姿态设计一种俯仰机动控制律,并提出五棱锥构型陀螺群的操纵方案。针对某动态扫描成像任务卫星,对提出的控制律进行数值仿真。仿真结果证明所提方案可以满足卫星动态扫描成像的姿态控制要求。     

2004年第7期竞答题目

1.一艘客船于晚上9点半启航,9点开始检票上船,但早有人来排队等候上船。假设从第一个乘客到时起,每分钟来的乘客人数一样多。如果开放舷侧的3个入口舱门,则9点9分就不再有人排队;如果开5个入口舱门,则9点5分就没有人排队。问:第一个乘客到达的时间是8点几分?2.压载水舱是船舶上非常重要的一类舱室。船舶正是利用调节压载水舱内装的压载水来改变船的重心高度、吃水深度,改善船的稳性(通俗讲即抗翻船的能力)和耐波性(即船在波浪中平稳航行的能力)。而对于潜艇来说,压载水舱的作用更是举足轻重,控制着潜艇的上浮和下潜。     

先进上面级数字逻辑姿态控制律设计

建立了先进上面级姿态动力学模型和推力器配置方案,根据快速大角速度精确姿态机动的任务要求,设计了数字逻辑姿态控制律.考虑姿态角和姿态角速度的相互关系和测置误差的存在,将姿态相平面划分为多个控制区域,以节省燃料和避免测量误差的影响.在实际上面级参数下进行姿态机动控制仿真,采用数字逻辑姿态控制律能在16s内实现先进上面级俯仰角60°的大角度姿态机动,并能很好地保证姿态指向精度和姿态稳定度,控制效果也优于脉冲宽度调制.     

基于输入输出线性化的深海潜标姿态控制

针对当前深海潜标水下不能主动调整姿态的问题,提出了一种基于矢量推进螺旋桨的主动姿态控制方法.首先,利用凝集质量法建立潜标缆索在深海环境中的运动模型,解算张力及缆索构型;然后,联立潜标六自由度运动方程,耦合缆索两端的边界条件,采用四阶龙格-库塔法解算获得潜标的运动要素与姿态变化;最后,针对潜标运动的非线性数学模型,提出了一种基于输入输出线性化的状态反馈姿态控制律,并编制Matlab程序进行仿真.仿真结果表明:该控制律能够使潜标姿态跟踪到参考姿态.     

潜艇在波浪中潜水与浮起

潜艇在大风浪中航行实施潜水时,由于风浪的影响,会给潜水操纵带来复杂性。大风浪对潜水操纵带来影响主要表现在如下两个方面。一是使主压载水舱注水不均匀而延误潜水时间,并易发生纵横倾。     

制导火箭弹非线性最优预测姿态的控制器设计

为了提高制导火箭弹的控制效果,基于最优控制理论,提出将非线性预测控制方法应用于火箭弹姿态的控制器设计.根据火箭弹的运动特点,结合弹箭一般运动方程组,给出了尾翼稳定火箭弹姿态动力学模型.以舵偏角为控制变量,推导出姿态控制系统的状态方程、目标函数与控制律,并设计了姿态控制器.在控制时域一定的条件下,利用6自由度弹道模型仿真分析了控制阶数对制导火箭弹非线性姿态控制器的影响,得到控制阶数对非线性最优预测控制影响的定性规律.仿真结果表明:该控制器具有良好的控制效果,系统控制响应快,可基本实现无差控制.     

保障潜艇生命力的安全操纵技术研究

从潜艇操纵安全的角度出发,论述了保障潜艇生命力的措施,提出了潜艇航行深度安全区的概念,并明确了安全深度的确定原则及方法;论述了潜艇舵卡及舱室进水事故的危害及其挽回操纵策略;描述了潜艇操纵安全界限图的组成、绘制及使用方法.