拖缆系统回转运动仿真计算

用三因次拖缆系统动力平衡运动方程式 ,在时间和空间上作中心差分数值离散平衡方程式 ,编制了拖缆回转运动计算程序 .在拖缆尾端自由边界条件中 ,将尾绳阻力作为自由尾端点的张力 ,改善了因自由尾端张力为零引起的差分方程奇异性 ,使仿真计算更加稳定 .将阵形坐标值转换到拖点运动坐标系中 ,便于拖船观察回转机动中阵形的变化 .仿真计算了两个拖曳阵试验模型 ,仿真结果与试验比较吻合较好 .对实尺寸拖曳线列阵进行了仿真计算 ,讨论了拖点速度和回转半径对阵形影响     

舰船回转运动时拖曳声纳阵位预报研究

根据船舶操纵性标准方程 ,预报了拖船水平面的操舵回转运动 ,由此确定船舶操舵回转时拖点的速度作为拖曳声纳运动预报的拖点边界条件 .利用拖缆回转运动计算程序 ,计算了船舶回转时拖曳声纳阵位 ,初步讨论了船舶操舵回转对拖曳声纳的影响 .     

拖曳系统的水翼控制运动模型及仿真

针对水下拖曳系统深度难以实现精确控制的问题,提出并建立了基于水翼控制的水下拖曳系统运动模型,其中拖缆和拖体的动力学模型分别采用了有限差分法和水下运载器的六自由度运动方程。在此基础上,使用数值计算方法,实现了水下拖曳系统三维的运动响应分析,并运用PID方法控制水翼攻角,达到了对拖体目标深度的控制。仿真结果验证了这一运动模型的正确性,为进一步实现水下拖曳系统在各种复杂的海洋环境和船舶机动影响下的定深控制研究奠定了理论基础。     

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.     

水下拖曳系统中缆索的动力学方程

在对缆索曲线坐标系进行理论推导和对缆索水中受力进行分析的基础上,建立了水下拖曳系统中缆索的动力学方程,并就系统在定常直线拖航状态时的简化模型与现有的平衡微分方程模型进行了对比分析.     

转向机动条件下利用拖船航迹的拖线阵阵形估计

针对水动力模型(water-pulley模型)适用范围有限的问题,提出一种对拖船航迹进行平滑得到拖线阵声阵段运动轨迹,进而实现阵形估计的方法。通过分析缆的稳态振荡响应特性,近似认为声阵段上各点沿同一轨迹运动;设计平滑窗将拖船回转机动航迹平滑为声阵段航迹,并将其拓展应用于拖船转向机动的情况;利用平滑窗的一部分对距离拖船不足平滑窗宽度的航迹部分进行平滑得到当前拖缆段阵形,从而实现转向机动过程中全阵阵形的实时估计。仿真结果表明:若拖线阵由间隔为5 m的81个阵元构成,所提出的方法与朴素water-pulley模型相比可以使转向机动过程中的平均阵增益提高约0.8 dB,平均方位估计偏差减小约4.7°。利用仿真结果分析算法的输入敏感性,对阵形估计方法进行简化使其更易于工程实现,海试数据验证表明简化的方法可行、有效。     

拖曳声纳鱼雷的航行动力学模型等价性研究

给出了拖曳声纳鱼雷的动力学仿真与控制算法,采用计算效率较高的离散和递推的方法,算法以f1=fn=0为边界条件进行校核,当该条件满足时,就得到了系统的真实运动.加速度修正方法及搜索方向由优化方法给出,在此动力学模型的基础上,也可以获得封闭的解析式方程,只不过系统方程随n的增加会相当复杂.同时给出了基于Gauss原理的方法,并证明了它们之间的等价性.     

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。     

海洋拖曳系统运动方程的变步长有限差分数值仿真

有限差分算法是常用的海洋拖曳系统运动仿真计算方法,传统的有限差分算法在对拖缆进行离散时,采用固定空间步长,为了提高数值计算的精度,通常需要减小空间步长,这既增加了计算时间,又浪费了计算机内存,甚至造成无法仿真一些工况。针对这一问题,提出了变步长有限差分数值算法,给出了步长变化的设定原则与算法,在建立海洋拖曳系统运动模型的基础上,系统分析了这一方法的求解思想与过程,并分别采用传统固定步长有限差分算法(大空间步长和小空间步长)和变步长有限差分算法,对模型进行了数值仿真,结果表明:变步长有限差分算法不仅保证了仿真计算精度,而且降低了计算机内存需求量,减少了计算时间。此外,变步长有限差分算法具有较高的灵活性,可根据实际情况,综合考虑计算时间、内存需求量和计算结果精度,从而选择合适的空间步长变化规律。     

以eAT 为基础的数字仿真方法

本文所叙述的以e~(AT)为基础的数字仿真方法,是将被仿真系统中的各个连续线性定常部分看作子系统,利用计算机先求出每个子系统的离散状态方程,然后根据各子系统的相互联接、其间的非线性或变系数特性,再进行数字仿真。这种仿真方法计算速度快、精度高、有较强的适应性。文章中着重介绍了用解析法求解子系统离散状态方程的系数阵。解析法的优点是:对线性定常系统而言,仿真前的计算量及仿真精度与仿真步距T的选取无关,其缺点是程序较繁。     

相位非线性畸变对GPS伪距测量的影响

基于直接序列扩频体制的伪距测量在卫星导航、雷达、航天测控、深空探测等领域获得了广泛应用.射频链路、电缆多径等引入的相位非线性畸变会对扩频信号的传输时延产生影响,进而影响延迟锁定环(DLL)的伪距测量结果.传统群时延的定义难以描述一定带宽内的相位畸变,也难以与扩频信号时延建立对应关系.在对相频曲线进行Taylor展开的基础上给出了群时延的新定义,利用零阶群时延、线性群时延和抛物线群时延等来描述相位畸变,并定量研究各阶群时延对DLL伪距测量的影响.所得结论表明抛物线(二阶)群时延对伪距测量的影响最大.     

索的UL列式分析方法

通过求解索的微分方程边值问题 ,提出了分析索的收敛迭代公式。利用迭代解可顺利地确定索端位置坐标差、索力及索重之间的关系。算例表明 :本文计算索的方法 ,理论上可达到任意高的精度 ,可十分方便地用于含有索或索网混合复杂结构物的大变形分析 ,用这种方法能解决斜拉桥缆索应力松驰的计算问题。     

用动网格法计算理想平板的颤振导数

提出了一种数值模拟振动的理想平板绕流场 ,并提取其气动导数的方法。时间相关的不可压N S方程采用Projetion 2格式解耦 ,关于中间速度的动量方程的时间和空间离散采用二阶半隐格式 ,压力Possion方程迭代用多层网格法加速收敛。分别计算平板作竖向强迫振动或扭转强迫振动的气动力 ,用动网格法考虑平板和气流的耦合作用。由计算得到的气动力用最小二乘法确定 8个气动导数。计算结果和理想平板的Theodorsen理论值有较好的一致性     

舰船电缆热老化寿命的研究

介绍了某船用电缆热老化寿命研究的有关试验和结果分析．对电统绝缘材料失效的判断、机械性能变化的预测,以及如何根据电缆的负载情况和周围的环境温度确定绝缘材料的老化温度等,提出了相应的观点和方法．     

目标图像运动特征分析

在红外成像导弹导引头的信息处理中,目标图像特征研究是导引头技术研究中的一个重要问题。对各种潜在目标成像特征的详细研究是红外成像导引头信息处理研究的基础。在此项工作完成的基础上,可以实现对导引头目标识别和跟踪算法的评价,同时也可以辅助图像处理算法的选择和优化。在分析红外成像制导空空导弹工作原理的基础上,建立了导弹、目标的仿真模型,对常见的目标图像运动特征进行了仿真分析。给出了在空战条件下目标图像运动特征的部分仿真结果。     

伪谱法模拟各向异性/非均匀介质中弹性波的传播

数值模拟一直是研究弹性波在复杂介质中传播问题的有效手段之一。各向异性问题和非均匀问题日益引起关注。伪谱法是近年来发展较快、建立在弹性波动方程基础上的一种数值模拟方法。它的主要特征是将波动方程中的空间微分变换成频域中的乘法运算 ,从而只需要较少的空间格点就可以得到较高的计算精度。介绍了伪谱法及其稳定性条件 ;编制了一个适合于小型工作站或者PC机的模拟地震波在二维各向异性均匀 /非均匀介质中传播的数值模拟程序 ,模拟了各向异性 /非均匀介质中弹性波传播理论 ,分析了裂纹以及各向异性界面对波传播的影响     

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.     

灭雷具CGF仿人操控行为建模

灭雷具在动力上受海流和电缆的非线性耦合作用力影响,其水下操控十分复杂。针对灭雷具CGF(Computer Generation Force)系统行为建模的需求,建立了简化的四自由度动力学模型,同时考虑了海流和电缆扰动的影响并对缆长和动力分配进行优化计算以实现最优缆长控制和最短路径规划;综合分析了灭雷具水下操控规则,从动力控制和路径规划两个层次来建立其行为规则库,得到了与实际相符的灭雷具智能体仿人操控轨迹。仿真结果表明了该行为模型的正确性和有效性,能较好的满足仿真系统的需求。