海浪扰动下水下航行器的动力定位性能分析

水下航行器动力定位是通过对水下航行器的多个螺旋桨推进器的转速、推力进行控制调节以抵御外界环境扰动,体现了水下航行器在外界环境扰动下执行各种任务的能力.通过对随机波浪扰动下的水下航行器前向动力定位进行建模仿真,分析得到各个状态特性与环境扰动分量对水下航行器动力定位性能的影响.进行了水下航行器的运动方程和螺旋桨动力学特性的精确建模;再针对波频扰动下的变参数问题以及控制器的鲁棒性和自适应性要求,建立了水下航行器动力定位滑模控制器;最后,将PM谱的随机波浪扰动应用于动力定位仿真研究,仿真结果显示,螺旋桨的动力学特性、幅值限制以及波浪的流速与加速度信息直接影响了水下航行器的动力定位性能.     

静水压与阻尼覆盖层对圆柱壳声辐射的影响

基于有限元和边界元法,对水下结构的耦合振动和声辐射进行了数值计算。首先利用ANSYS软件建立声振模型,并计算流固耦合振动;再利用SYSNOISE软件计算辐射声场,分析了水深及阻尼材料对加肋圆柱壳水下振动和声敷设的影响。结果表明：研究圆柱壳的水下声辐射时必须考虑静水压力的作用,阻尼材料能够有效降低结构的振动及声辐射。为实艇降噪治理方案的设计及效果预估提供参考。     

高空滑翔UUV气动参数估算与气动特性分析

研究水下航行器,针对无人水下航行器无法同时大幅度提高航速和航程的现状,为优化无人水下航行器气动特性,增强系统的稳定性,提出了高空滑翔无人水下航行器(UUV)总体气动布局进行设计.对气动特性进行分析,根据飞机和导弹气动参数的估算方法,通过类比的方式,对升力系数、阻力系数、俯仰力矩系数、航向静导数、动导数和操纵导数等主要气...     

水下航行器通用数据处理软件的实现

针对多型水下航行器试后大容量、多类型、可视化的数据处理需求,采用自适应内存映射技术、试验数据对象抽象提取、多线程等关键技术,设计了一种水下航行器通用的数据处理软件,软件可快速高效地实现各系统关键参数的数据特征值可视化分析和航行器综合性能评估,结合人工判读生成当前航行任务的评估报告,最终评判水下航行器的航行姿态、声学、磁学等工作效果和性能指标。经实际应用,软件满足了多型水下航行器海量数据处理需求,实现了不同任务、不同系统、不同侧重点的弹道参数的特征值分析、联合缩放、对比分析等处理方法。该软件具有通用化程度高,可移植性强,运行稳定可靠等特点,缩短了数据处理软件的研制周期,提高了工作效率,工程实践效果良好。     

基于网络控制系统的水下航行器制导系统结构

研究基于网络控制原理的水下航行器制导系统结构,详细分析了基于时间触发的TFCAN高层协议在水下航行器网络控制系统中的应用;针对目前水下航行器制导系统的控制现状,提出基于NCS的水下航行器制导系统一般性结构和设计方法,有效地解决了水下航行器制导系统中信息传送的实时性和信息共享性问题,同时论证了水下航行器网络控制系统中影响其系统稳定性的时延问题：论文旨在通过对水下航行器网络控制系统结构的研究,指出其结构的意义和进一步的研究领域。     

典型工况下回转体流噪声特性实验对比探究

研究潜艇流水孔阻力及噪声影响,针对对艇体流噪声特性的影响,根据回转体声辐射以及声绕射理论,对水下航行器回转体模型的光体模型、底部进水孔模型、纵缝模型以及全孔模型进行了流噪声数值仿真。针对三种不同的来流速度研究四组模型流噪声的速度特性。结果表明,四组模型之间噪声级的从高到低依次为全孔模型、纵缝模型、底部进水孔模型以及光体模型,并与水洞实验数据相比较,结果相吻合,为水下航行器流水孔流噪声的研究提供了参考。     

目标、背景和海洋环境特性仿真计算机系统配置研究

水声目标、背景用海洋环境特性是声寻的水下航行声寻的水下航行体自导系统仿真的中心环节,该文在简述了水下航行体自导仿真的特点的基础上,研究了该计算机系统的配置方案;重点阐述了以DSP和DDS技术为基础的声变窄带水声信号生成原理和方法;给出了目标背景生成系统的基本结构;最后确定了计算机系统的配置方案。试验研究结果表明,这个系统在其主要技术性能上满足了水下航行体自导系统半实物仿真的要求,并具有很好的实时性。对实现水声目标背景特性的仿真具有重要意义。     

机动超空泡水下航行器纵平面运动特性分析

超空泡水下航行器机动运动由于有空泡的时间延迟效应和重力效应的存在,使得航行器与直航超空泡航行器的运动特性有很大的不同;进行纵平面运动分析,是对航行器实施深度控制和姿态控制的前提;考虑时间延迟效应和重力效应引起的空泡轴变形,建立超空泡航行器机动航行纵平面运动模型,推导纵平面运动传递函数,并以某小口径(约200mm)超空泡水下航行器的特征参数为例分析其运动特性;纵平面运动特性分析为超空泡水下航行器机动运动的系统设计和控制提供了重要参考。     

压阻式矢量水听器声敏感结构的阻尼设计分析

用声学、流体力学理论,结合振动学的理论分析声敏感结构的阻尼特性,找出设计应遵循的一些基本原则。通过声学分析,得出了系统的阻尼与质量振动体的质点振速、阻尼介质参数、质量块的表面积和振动频率有关。对于相同的质量块结构,由于表面积相同,则在空气中的声辐射阻小于在液体中的辐射阻,可以得出质量块在空气中的阻尼系数小于在液体中的阻尼系数的结论,并有声系统中辐射阻的作用与拾振系统中阻尼的作用可以等效的结论。对于一维平动、一维非平动、二维有限平板情况,阻尼系数的表达式具有基本相同的形式,阻尼系数与结构参数有关,与板间距h三次方成反比,与材料的粘滞系数成正比。     

混合驱动水下航行器水平推进模式水动力特性

关于水下航行器结构设计优化问题,混合驱动水下航行器(HUG)是一种新型水下航行器,实现了自治式水下航行器(AUV)与水下滑翔机(AUG)结构和功能的集成,具有航速大、航程长、机动性好等特点.混合驱动水下航行器所受水阻力与机动性是其水平推进模式(AUV模式)下的重要性能指标.针对混合驱动水下航行器的要求与结构特点,采用计算流体力学方法,分析了航行器在AUV模式下的航行水阻力和机动性.研究表明,混合驱动水下航行器在集成AUV与AUG功能优势的同时,在AUV运行模式下,航行阻力将增大约30％,航行机动性降低约15 ～25％.结果为混合驱动水下航行器的外形设计提供了依据.     

Underwater flextensional piezoceramic sandwich transducer

This paper presents theoretical and experimental research for the design and manufacture of an underwater flextensional piezoceramic sandwich transducer (FPST) for applications in underwater acoustics transmission at long distances. The emitting transducer can generate an ultrasonic field into the water medium. The active element of the high-power ultrasonic piezoceramic transducer is a stack realized with piezoceramic tores and metallic cylinders. This electromechanical transducer works on the basis of the inverse piezoelectric effect, converting electrical power into a mechanical displacement in the range of tens of microns. The experimental underwater flextensional piezoceramic sandwich transducer has a low resonance frequency (14 kHz), small dimensions and emits omnidirectional acoustic radiating patterns in the transversal plane.     

声诱饵建模与仿真研究

随着水声技术的发展,水下武器对抗也日趋复杂.着重对水下武器中的声诱饵进行了声学特性的仿真研究,建立了声诱饵被动干扰、主动诱骗的仿真模型,并研究了海洋环境对声诱饵作用效果的仿真模型,并结合具体的仿真系统给出了一些仿真结论.该仿真研究可以为整个反鱼雷武器系统或舰载武器对抗鱼雷仿真系统提供仿真支持,为水声对抗仿真系统软件设计提供理论依据,从而对对抗器材的型号研制和战术使用具有一定的参考价值.     

基于神经网络方法的水声信号预测

由于海洋环境的复杂性和水声信道复杂的时变、空变特性，使得舰船辐射噪声是一种非平稳、非高斯过程。如能提前预测敌方舰船的辐射噪声，并有效地对敌进行水下对抗，先敌使用武器攻击，是克敌制胜的前提，也是我海军目前各型潜艇和水面舰艇急需解决的关键技术。文章根据水声信号的特点建立了预测模型和网络结构参数的设计。并分别采用BP神经网络和RBF神经网络对仿真信号和实际舰船水声信号进行预测。结果表明，利用神经网络预测水声信号达到了一定的效果，为今后进一步开展水声信号预测研究奠定了基础。     

On the performance of 1–3 piezoelectric composites with a passive and active matrix

Piezoelectric composites with 1–3 connectivity are an important class of materials for underwater acoustics and biomedical imaging. Their dependence on the electromechanical properties and geometry of the piezoelectric fibers creates an opportunity for tailoring its performance according to the design requirements. In this research, the performance of 1–3 piezoelectric composite with an active and passive matrix is studied. The micromechanics based Mori-Tanaka model for piezoelectric composite is used to determine the electromechanical moduli of the composites. In comparison with a passive polymer matrix, the use of active polymer matrix can significantly enhance the hydrostatic performance of the piezoelectric composite. However, no significant improvement on the electromechanical coupling and acoustic impedance is observed. Further results reveal that the use of piezoelectric ceramic matrix does not improve the performance of the composite.     

复合材料点阵夹芯板非线性组合共振特性研究

复合材料点阵夹芯板在1:3内共振和外部组合共振同时发生时的非线性共振问题被研究.首先,基于哈密顿原理和分层位移场理论建立了复合材料夹芯板的振动偏微分方程,然后利用多尺度方法求解了伽辽金离散后的常微分方程,并得到了内共振和组合共振同时存在下夹芯板的协调方程.最后利用数值方法得到了协调方程稳态平衡解随系统参数变化的分岔图.研究了不同点阵芯子胞元构型,外激励频率以及外激励幅值对复合材料点阵夹芯板非线性组合共振特性所产生的影响.     

复合负泊松比蜂窝超结构板低频减振特性研究

为实现低频宽带减振,将星型蜂窝与内凹六边形蜂窝组合,形成复合负泊松比蜂窝结构.利用多物理场软件COMSOL Multiphysics通过施加Floquet周期性边界条件获得了复合蜂窝元胞的色散曲线,并计算有限周期结构的传输特性,验证色散曲线中带隙的存在.设计并制备了复合蜂窝超结构板样件,通过试验分析其弹性波激励下的响应,验证有限元分析结果.以低频宽带为目标,利用遗传算法对结构参数进行优化,在1000~2000Hz打开了多条宽频带隙,可以为带隙设计提供有益指导.最后,将地铁实车测试获取的地板振动频谱作为激励,对超结构的减振性能进行了仿真测试,结果表明,复合蜂窝超结构板能够有效衰减列车地板1000~2000Hz的振动峰值.     

水声对抗器材建模与仿真实现

目前对水声对抗器材的研究往往模型单一、可重用性差,且不易扩展,该文针对水声对抗器材性能研究和评估的需要,设计、研制了水声对抗器材仿真系统,建立了对抗器材主动声学、被动声学和运动学的一体化仿真模型,开发了基于模块化、层次化设计思想的系统仿真软件,并给出了仿真系统具体的仿真结果和应用实例。该仿真系统不仅可以对水声对抗器材本身进行实验室条件下的仿真和性能研究,还可对湖试、海试的试验方案进行设计和优选,为水声对抗器材的型号研制和战术使用提供技术参考。     

多水下机器人水声网络仿真框架设计

为了满足多水下机器人系统的仿真需求,根据水声信道和水声通信机模型,设计了一个基于局域网的水声网络通信协议仿真框架。该框架能够为分布式交互的水下机器人网络提供一个共享的虚拟水声信道,模拟通信协议在多个水下机器人节点上的运行情况。最后给出的是一个典型网络拓扑下ALOHA协议的仿真结果。     

面向水下声场计算的PC集群构建

水下声场计算复杂,计算量大,目前的模型难以满足在水下战场环境仿真中对声场的实时性的要求.计算机技术的发展,特别是高性能集群的出现,为解决此问题提供了一种可行的方法.文中首先介绍了如何将单PC机通过以太网连接起来,构建实验环境下的用于水下声场计算的PC集群,然后给出了在此系统上运行水平不变声道中WKBZ简正波并行计算方法及FOR3D模型的并行方法的结果.实验结果表明,此系统能够可以为水下声场计算提供一个很好的并行环境,集群系统在水下声场及其相关领域必将有很大的应用空间.     

A型地铁车内噪声分析和优化

为研究轨道车辆轻量化带来的车内振动噪声问题,基于某A型地铁车辆的有限元模型,建立其声学计算模型,以车体板件频率响应的振动位移结果作为声学激励,在车内布置ISO标准场点进行车内噪声分析.结果显示,车内各点声压级在频域上分布极不均匀,且普遍存在几个较大的峰值.分析目标板件的振动,提出几种减振降噪的优化方案.对比各方案发现,增加板件强度后振动和噪声都相应地减小;减振降噪需综合考虑优化后车体的整体强度和动力学性能.