水下滑翔器动力学建模及优化设计

水下滑翔器是广泛应用于海洋观测的新型浮力驱动设备。它通过改变重、浮力的比例实现垂直方向运动,通过固定水平翼以及改变浮心和重心的相对位置实现水平方向的运动。文章使用吉布斯函数和阿佩尔方程建立了水下滑翔器动力学模型并指导水下滑翔器设计。首先获得能够建立水下滑翔器动力学特性和内部各移动重物关系的模型。然后,使用计算流体力学软件Fluent获得模型中水动力参数的数值。考虑固定水平翼位置影响,文中以减小能量消耗为目标,给出水平翼的较优位置设计。最后,通过水下滑翔器模型水域试验数据和仿真的对比,证明了动力学模型和水下滑翔器设计的有效性。     

基于全弹道控制分析的水下航行器攻击模型视景仿真*

研究并建立高空滑翔水下航行器的虚拟现实的视景仿真系统,分析水下航行器全弹道控制并在视景仿真平台下实现水下航行器全弹道多状态攻击轨迹模型。高空滑翔水下航行器姿态变化快,背景参数复杂,视景仿真中会出现局部模型快速变化或者模型分离的难题。提出采用DOF和Switch节点相结合的方法,利用其Matlab Simulink仿真模型,计算高空滑翔水下航行器的六自由度数据,通过Matlab的“To Workspace”模块将六自由度数据输出并存档。在VC＋＋6．0环境下编写Vega应用程序,读取运动参数,应用LOD技术在不降低显示速度的同时提高仿真视觉效果。仿真实验和测试效果表明,系统实能实现水下航行器在空中滑翔、低空突防、滑翔翼脱离以及水下攻击等多状态的水下航行器运动弹道轨迹和视景仿真效果,以及运动控制参数的同步跟踪,不再会因局部模型快速变化和模型分离而失真。为分析空投滑翔水下航行器的运动轨迹提供了数据支撑和视景平台支持,对展开高空滑翔水下航行器的弹道控制研究和试验具有重要价值。     

混合驱动水下滑翔器滑翔效率及优化研究

续航力与水平速度均是水下滑翔器的重要性能指标。文章以单位重量滑翔器、单位水平速度所耗功率作为滑翔效率的评价指标,给出了混合驱动水下滑翔器滑翔参数最优解寻求的数学方法。文中以一典型滑翔器为例,针对其多种工况(无桨、桨不转、桨随动和桨工作),利用CFD预报了所需的流体动力系数,然后分别给出了它们最优的滑翔参数。研究结果表明,该评价指标物理意义明确,优化方法简单,对工程设计具有很高的参考价值。     

滑翔增程弹滑翔段弹道设计

通过分析滑翔增程弹滑翔原理,建立弹箭滑翔弹道方程,对最大升阻比情况下的马赫数和攻角进行函数拟合,通过Matlab进行求解得到优化弹道,进而得出弹箭滑翔段优化后攻角随时间的变化曲线.文中针对某型滑翔增程弹进行优化弹道的仿真计算并与理想直线滑翔进行比较,结果表明增程效果明显,对弹箭滑翔段的弹道设计具有一定的参考意义.     

实验尺度水下滑翔机的机翼设计与水动力分析

为获取优化的实验尺度水下滑翔机水平机翼外形,基于CFD方法建立了滑翔机仿真模型。分析了平板机翼各参数间的关系,结合滑翔机特性,将机翼的表征量简化为安装位置、后掠角、展长、展弦比和根梢比等5个设计参数。通过对比分析各参数对升阻比的影响,提出了一种适用于实验尺度滑翔机的高升阻比水平机翼。仿真研究了设计的机翼对滑翔机运动的影响,结果表明,滑翔机各状态变量快速收敛,保证了滑翔机在水池环境中的稳态滑翔时间。     

ROV 同步航行水下缆索运动仿真

结合实际工程应用,采用有限段法对水下某ROV同步航行过程中的缆索进行了动力学分析.首先通过多体动力分析平台实现了缆索的快速参数化建模,其次运用联合仿真技术对同步航行过程进行了大量的仿真计算,计算结果能基本反映同步航行的真实情况,得到了同步航行情况下缆索在水下的形状及拉力分布等重点关注的信息,可以为优化绞车控制系统、优化母船机动方案提供重要参考.     

水线面大开口深拖母船的阻力性能研究

采用CFD方法对某一深拖母船的阻力性能进行分析比较,计算一组航速下深拖母船的阻力,比较不同开口方式的阻力性能,分析其流场和压力分布,研究其阻力增加的原因,并探索减小阻力的方法。计算方法及所得出的结论可以为母船的设计以及开口船舶的阻力性能研究提供参考。     

仿蟹滑翔机器人水动力外形优化设计

针对一种新型仿蟹滑翔机器人,以提高其升阻比为目标开展外形优化设计研究。对数值方法进行标定,利用计算流体力学(CFD)软件Fine Marine开展仿蟹滑翔机器人初始外形水动力性能计算,给出其阻力和升力曲线;利用CAESES软件对仿蟹滑翔机器人外形进行参数化建模;基于第二代遗传算法开展仿蟹滑翔机器人外形优化计算。结果表明,相比原设计方案,优化后的仿蟹滑翔机器人外形的上浮状态和下潜状态升阻比分别提高了9.46%和7.18%,内部空间体积提升了20.41%。     

舰船顶层设计中的耐波性预报模型研究

通过改变母船的船长和剖面参数来改变船型,得到系列样本船型,应用基于切片法理论的舰船耐波性计算程序对母船及样本船型进行计算,将所得计算结果进行多元回归分析,得到船舶耐波性预报数学模型.分别用耐波性计算程序和回归模型对例船进行计算,结果证明该预报模型具有较高的精度.     

尾滑道式小艇收放载荷与加强结构分析

某型海警船采用的滑道式收放小艇装置,可以使工作艇快速冲上母船或脱离母船,实现小艇安全快捷地收放。文中采用动力学方法,对小艇上滑道过程的载荷进行数值模拟计算,并进行了尾滑道加强结构的强度计算分析。模型计算与实船试验表明,该船的结构加强设计满足相关要求,为相似的滑道式收放系统结构设计提供一定的参考。