水下航行器

摘要： 水下航行器永磁同步电机(PMSM)在低速运行时需要具有快速的转矩电流动态响应能力来提高控制系统的操控性能。文中针对传统PMSM低速最大转矩电流比(MTPA)控制方法动态响应性能不佳的问题,提出了一种MTPA低速高动态响应控制方法。该方法通过在速度外环使用分段式拟合算法、电流内环使用预测控制实现MTPA控制,并提出了一种根据电机参数自动分段的算法。仿真和实验结果表明,文中所提控制方法具有更快的动态响应速度。

摘要： 弄清水下航行器内孤立波载荷形成机理是分析内孤立波对航行性能影响和控制研究的基础和前提。采用数值模拟方法深入分析模型位于内孤立波波面上方、穿越波面、位于波面下方3种情形下,模型受内孤立波流场水动力作用和分层密度差静力作用过程,对比不同潜深时纵向力、垂向力和俯仰力矩特性差异。研究表明,穿越波面的情况下,模型所处的流体密度变化,起了决定性作用,垂向力比纵向力大一个量级;穿越波面时,艏艉浮力不平衡,俯仰力矩有极大值和极小值出现;模型始终位于波面上方或下方时,受内孤立波流场的影响,其水动力性能也产生了明显的变化。

摘要： 水下航行器是一种典型的非线性和欠驱动系统,在工作环境中会受到风浪流等外界干扰,难以建立精确的数学模型。水下航行器系统的复杂性与不确定性给运动控制器的设计带来了挑战,因此,针对水下航行器运动控制所应用的方法进行分析,引入无模型自适应(Model Free Adaptive,MFA)控制方法,并完成仿真验证。仿真结果表明,该方法可以使水下航行器较好地跟踪设定轨迹,具有进一步的研究价值。

摘要： 针对水下航行器被动声引信使用条件的特殊性,讨论了水下航行器被动声引信接收的目标辐射噪声波形特性和空间特性。计算了实测噪声数据的偏度、峰度、自相关函数和频谱,讨论了噪声的分布特性、时间相关性和频域特性。考虑换能器接收指向性和典型态势,建立了被动声引信目标辐射噪声的空间模型并进行仿真分析。计算和分析结果表明,水下航行器被动声引信接收到的目标辐射噪声为非高斯分布白噪声,空间特性是影响接收信号分布特性的重要因素。

摘要： 为节约能源和制造高性能的航行器,基于虎鲸皮肤结构设计一种可显著降低水下航行器阻力的新型仿生非光滑表面。通过数值模拟评估不同形状参数下非光滑表面的减阻性能,讨论仿生非光滑表面对近壁面流场和湍流强度的影响。结果表明:仿生非光滑表面在较大速度范围可以增加湍流边界层厚度,降低流场湍流强度,减少表面摩擦阻力;在0.5~15 m/s速度范围内,应用仿生非光滑表面的平板摩擦阻力减少9%以上,最大总阻力减阻率达到7.57%;将该仿生非光滑表面应用于无附体SUBOFF潜艇模型表面进行减阻优化设计,潜艇最大总阻力减阻率达到11.31%;新型仿生非光滑表面适用范围较广,可有效降低水下航行器的总阻力,具有良好的工程应用前景。

摘要： 为了解决复杂工程优化问题中计算效率与代理模型精度之间的矛盾,本文基于最大最小距离准则和最小化代理模型预测准则提出一种多点加点准则,构建改进序列近似优化方法的算法流程。以二维Rosenbrock函数和Golinski减速器优化问题为例,与传统方法相比,改进方法得到的全局最优解精度更高,所需构造样本更小。将该方法应用到某型水下航行器水动力外形优化问题中,以巡航阻力系数和空间损失率最小为目标,建立优化问题的数学模型,原始计算模型仅调用80次之后优化收敛,大大提高了设计效率,优化方案巡航阻力系数和空间损失率比初始方案分别降低了9.81%和0.28%。研究表明,改进序列近似优化方法可显著提高代理模型精度,相同计算条件和时间下,具有更高的优化效率和优化精度。

摘要： 特定海洋环境会产生内波吸引子现象,从而诱导等温面的波动,形成特殊的声速梯度场。对内波吸引子产生条件进行研究,对开发新型水下航行器的通信和隐蔽方式具有积极意义。地形条件是引发内波吸引子形成的要素之一。文中基于有限体积法研究了二维重力场作用下不可压缩粘性盐溶液中,形成稳定内波吸引子的几何约束条件,并依据声速与温度的关系,通过引入温度场控制方程,研究了内波吸引子对声速场和声速梯度场的影响。研究表明,对于近直角梯形截面的峡谷区域,当存在微小扰动时,海洋中会产生内波,经多次反射后形成内波吸引子;当峡谷水面宽度和深度比在1~1.3范围内,存在可形成稳定的内波吸引子特定梯形截面,同时声速梯度场也呈现出四边形构型,可为水下航行器提供特定的通信和隐蔽空间。

摘要： 针对小型有缆式水下航行器(ROV)运动控制中参数不易确定和在有扰动的情况下易出现抗干扰性能差等问题,文章提出了一种基于自抗扰控制(ADRC)的小型ROV姿态和深度控制方法。建立ROV的运动学和动力学模型,并进行模型的简化;基于ADRC控制方法设计小型ROV的姿态与深度控制器,并在有干扰和无干扰2种情况下分别进行仿真分析和实际验证。实验结果表明,在仿真参数摄动时,ADRC控制器仍具有良好的控制效果;在有外部扰动的情况下与PID控制器相比,ADRC控制器的抗扰性能更好。

摘要： 对矢量泵喷推进器的国内外研究进展进行综述,展望矢量泵喷推进器的水动力学研究方向,建议以矢量泵喷推进器的操纵性和声隐性的水动力学研究、航行器整体运动响应作为未来研究方向,对我国舰船动力系统技术和装备发展具有重要意义。

摘要： 文中针对水下航行器紧密空间内脉冲大负载回路传导干扰开展时域仿真研究。基于实际应用电路的工作原理,建立了可对回路电源线上传导干扰进行仿真研究的时域电路模型。通过对干扰来源的分析,分别建立了来自发电机整流系统和脉冲大负载2个不同干扰来源的简化电路模型,利用线路阻抗稳定网络获得共差模干扰信号的流通回路,并获得共差模干扰信号的时域波形及频谱特性曲线。通过参数调整对干扰信号波形仿真,可分析该参数对传导干扰噪声的影响,为进一步采取传导干扰抑制措施提供参考。

摘要： 为提高水下航行器的声隐身性,或者减少其对海洋环境的噪声影响,噪声源的定位与识别对于制定合理的控制方案具有重要的工程价值.同时,对水下航行器的声辐射特性进行评估和管理是其升级和使用过程中不可或缺的环节之一.近场声全息技术利用在船体表面附近测量面测得的声压数据,采用声场变换方法,既可反向重建辐射声源面声场从而定位船体上的噪声源,也可正向重建测量面外部声场从而预测远场声辐射.通过OROS水下声全息软件展示如何利用NAH进行声源定位和远场预测,该软件是目前市场上唯一的水下近场声全息解决方案.考虑到水下航行器以圆柱体结构居多,本文开展了圆柱近场声全息的实验研究,得到了准确的辐射声场信息,验证了该方法的准确性和有效性,为圆柱近场声全息技术的水下工程应用提供参考.

摘要： 水下航行器的噪声水平将直接影响到其安全,为了有效抑制水下航行器的声学亮点,首先需要找到其声学亮点并了解其辐射噪声的水平.由于水下航行器在航行过程中其姿态不能精确控制,不能在其近场布置传声器,不满足近场声全息的应用条件,为此提出一种联合波束形成和球面谐波逼近法的复合声全息技术,首先利用传声器阵列获取声场的声压信息,采用波束形成法定位声源,然后利用球面谐波逼近法重构声场从而可实现声学亮点定位.采用两个脉动球模型进行仿真计算,并和理论声场进行比较.结果表明,此复合声全息技术能较为准确的对辐射体进行声场重构,由于采用波束形成法进行前处理,使得声场重构中需要的传声器数量减少,可提高实际工程应用效率.

摘要： 水下气液两相推进技术是指在水下航行器中,将高压气体的压力势能转化为气液两相流的动能,并产生推力的技术.目前,其主要应用有两个方面:水下气液两相冲压发动机和气泡加力喷水推进器.本文总结了来自美国、以色列、英国、日本、中国等大量文献,回顾了水下气液两相推进技术70余年的发展历史,总结了该技术的主要特点:结构简单、推进效率高、可靠性好.最后,论文指出了进水道空化及气泡难以离散是制约水下气液两相冲压发动机的关键难题,而气泡加力喷水推进器作为一种辅助加力手段拥有广阔的发展前景.

摘要： 水下气泡的运动是水下航行器减阻和化工领域中的基础问题.本研究针对横向来流条件下气泡形成的现象进行了研究,主要包括循环水槽实验和理论模型的建立与求解.首先用开有通气孔的平板模型在循环水槽中进行实验,并配合高速摄像设备记录气泡各时刻的形态.然后依据力平衡、运动学方程和量纲分析建立了气泡膨胀阶段和分离阶段的理论模型,利用四阶Runge-Kutta算法并结合初始条件进行数值求解,得到气泡在各个时刻的质心位置、倾斜角度和气泡尺寸大小.最后将数值计算结果与实验结果进行对比,结果表明两者具有良好的一致性,均方根误差为5.38％,进而证实了理论模型的可靠性.

摘要： 针对推进轴系振动严重影响水下航行器声隐身特性的问题,基于传递矩阵法对推力轴承隔振系统进行了设计,以螺旋桨端自由,推力轴承隔振器端固支为边界条件,推导了螺旋桨左端面和推力轴承隔振器右端面状态空间向量,在此基础上,设计了推力轴承隔振器刚度参数.结果表明,该方法简单且易于实现,在满足轴系稳定性要求的情况下,能够有效降低纵向激励作用下引起的轴系振动,为轴系振动的控制提供了新的思路.

摘要： 为了探讨不同来流条件对附着型空化初生特性的影响规律,本研究采用大涡模拟(LES)方法开展了不同攻角条件下,绕平头回转体初生空化形态及发展特性.研究表明:不同攻角条件下,初生空穴均发生在绕平头回转体的肩部分离涡区域,其形态呈不规则团状游离态且存在明显的周向运动;攻角对绕平头回转体初生空穴的分布产生明显的影响,随着攻角的增大,初生空穴的分布区域逐渐缩小并移向回转体背流面,而回转体的迎流面及两侧区域的初生空穴形成几率减小.另外,随着攻角的增大,周向绕流回转体的运动加强,改变了绕回转体的漩涡结构,促使初生空穴的周向运动由随机性向规律性发展.

摘要： 为了探讨不同来流条件对附着型空化初生特性的影响规律,本研究采用大涡模拟(LES)方法开展了不同攻角条件下,绕平头回转体初生空化形态及发展特性.研究表明:不同攻角条件下,初生空穴均发生在绕平头回转体的肩部分离涡区域,其形态呈不规则团状游离态且存在明显的周向运动;攻角对绕平头回转体初生空穴的分布产生明显的影响,随着攻角的增大,初生空穴的分布区域逐渐缩小并移向回转体背流面,而回转体的迎流面及两侧区域的初生空穴形成几率减小.另外,随着攻角的增大,周向绕流回转体的运动加强,改变了绕回转体的漩涡结构,促使初生空穴的周向运动由随机性向规律性发展.

摘要： 为了探讨不同来流条件对附着型空化初生特性的影响规律,本研究采用大涡模拟(LES)方法开展了不同攻角条件下,绕平头回转体初生空化形态及发展特性.研究表明:不同攻角条件下,初生空穴均发生在绕平头回转体的肩部分离涡区域,其形态呈不规则团状游离态且存在明显的周向运动;攻角对绕平头回转体初生空穴的分布产生明显的影响,随着攻角的增大,初生空穴的分布区域逐渐缩小并移向回转体背流面,而回转体的迎流面及两侧区域的初生空穴形成几率减小.另外,随着攻角的增大,周向绕流回转体的运动加强,改变了绕回转体的漩涡结构,促使初生空穴的周向运动由随机性向规律性发展.

摘要： 为了探讨不同来流条件对附着型空化初生特性的影响规律,本研究采用大涡模拟(LES)方法开展了不同攻角条件下,绕平头回转体初生空化形态及发展特性.研究表明:不同攻角条件下,初生空穴均发生在绕平头回转体的肩部分离涡区域,其形态呈不规则团状游离态且存在明显的周向运动;攻角对绕平头回转体初生空穴的分布产生明显的影响,随着攻角的增大,初生空穴的分布区域逐渐缩小并移向回转体背流面,而回转体的迎流面及两侧区域的初生空穴形成几率减小.另外,随着攻角的增大,周向绕流回转体的运动加强,改变了绕回转体的漩涡结构,促使初生空穴的周向运动由随机性向规律性发展.

摘要： 本论文的主要研究工作是研究非对称异构头型对航行器入水空泡及弹道特性的影响规律,通过开展不同构型头型的航行器入水冲击试验,揭示在佛汝德数62～322范围条件下入水空泡生成演变机理、入水弹道变化特性.实验采用了高速摄影的方法,研究了同一切距下分别是35°,40°,45°三种不同切角的头型的航行器在5～12m/s的不同冲击速度和60°,70°,80°和90°的不同冲击角度下入水后的弹道轨迹和入水空泡的演变过程.研究结果表明:带有非对称异构头型的航行器入水后的弹道轨迹出现了较大幅度的偏转,偏转幅度的大小主要与航行器的头型,入水角度,入水速度相关.在同一入水角和入水速度下,头型切角更小的航行器弹道偏转更加显著;在不同实验工况下,航行器姿态角随时间的变化遵循抛物线变化规律;不同切角的非对称异构头型的航行器入水带空泡能力不同,切角越小,带空泡能力越强;在同一入水角和入水速度下,头型切角更小的航行器在斜入水时形成的开口空腔的直径更大;不同切角的非对称异构头型的航行器入水空泡稳定性存在差异,切角越小,其入水空泡稳定性越差,空泡更容易溃灭.

摘要： 本发明公开了一种水下声呐、水下航行器及水下航行器在宽广水域巡航方法，属于水下声呐技术领域。其包括：第一声呐本体组件；第一声呐壳体，其具有一个容腔，第一声呐本体组件安装在容腔内，第一声呐壳体的周侧板上设置有环状轨道；垂直起吊装置，其一端与水下航行器的底板连接，另一端与第一声呐壳体连接，垂直起吊装置的与声呐本体组件连接的一端能够远离或靠近水下航行器；第二声呐本体组件，其安装在环状轨道上，且能在环状轨道运动；控制器，其与垂直起吊装置连接，用于控制垂直起吊装置工作。本申请通过第二声呐本体组件进行周向区域探测从而在第一声呐本体组件上升及下降的过程中，防止周围出现障碍物而导致第一声呐本体组件与障碍物相撞。

摘要： 本发明公开了一种自主式水下航行器无线充电的磁耦合结构及自主式水下航行器系统，所述磁耦合结构包括设置在充电坞上的发射端和设置在自主式水下航行器上的接收端，所述发射端包括发射磁芯和绕设在所述发射磁芯上的发射线圈，所述发射磁芯包括长形的主体和位于所述主体上的至少两个绕线部，所述发射线圈包括绕设在所述至少两个绕线部上的分体线圈。本发明提供的自主式水下航行器无线充电的磁耦合结构，解决了自主式水下航行器续航能力差、充电困难的问题。该磁耦合结构的接收端体积小，占有自主式水下航行器内部空间小，不改变自主式水下航行器外形，对于非对准的容忍能力更强，降低了自主式水下航行器的停靠精度。

摘要： 本发明公开一种自主式水下航行器的回收方法及自主式水下航行器，其中，所述自主式水下航行器的方法包括以下步骤：在检测到开启指令后，控制所述舱门打开；控制所述无人机起飞；控制所述线缆降落在所述水面回收艇的目标位置。本发明的技术方案利用无人机在空中进行定位和识别，提高了自主式水下航行器的回收成功率和效率。

摘要： 本发明涉及一种多个水下航行器的运用方法，为了对水底就行勘察，将水下航行器(30)设定为多个水下航行器(30)的勘察任务与勘察深度不同，使多个水下航行器(30)潜航至设定的各个勘察深度，在设定的各个勘察深度中使多个水下航行器(30)航行从而执行设定的勘察任务，记录以及/或者传输勘察任务的执行结果。由此，能够散布、运用多个水下航行器从而安全且高效地进行水底的勘察。

摘要： 一种水下航行器柔性推进系统及水下航行器，涉及船舶推进系统领域。水下航行器柔性推进系统包括用隔振器固定于水下航行器内的推进电机、推进器、一端可旋转的贯穿出水下航行器并与推进器连接的尾轴、弹性联轴器、隔振推力轴承、纵向减振器、尾轴密封装置、尾轴保护弹性轴承及尾轴柔性支承轴承，隔振推力轴承的两端分别通过弹性联轴器和纵向减振器与推进电机输出轴和尾轴连接，尾轴密封装置、尾轴保护弹性轴承和尾轴柔性支承轴承依次套设于尾轴上并与水下航行器连接。水下航行器柔性推进系统及水下航行器可降低尾端支承的磨损速率并提高系统运行稳定性，提高推进系统运转时的静音性，提升水下航行器的声隐蔽性。

摘要： 本发明旨在提供一种水下航行器的船体，所述的船体为下口鲇仿生结构，所述的船体为由两端端点重合的三条弧线组成的三面体结构，船头和船尾分别位于两端，并且，船体的各个宽度方向的纵截面均为等腰三角形。本发明还提供一种水下航行器及其动态定位悬浮方法。本发明水下航行器采用改进的下口鲇仿生结构，能够通过自身船体结构及洋流推力实现贴紧海底平台的稳定定位悬浮，能够提高准确性，减少时间和能耗，同时也不受洋流强度的限制，更节能环保，提高船体的续航能力；能够广泛应用于海底管道和电缆的检查，被困在其他水下航行器或潜艇中的人员的救援以及水下焊接等领域。

摘要： 本发明公开了一种水下声呐、水下航行器及水下航行器在宽广水域巡航方法，属于水下声呐技术领域。其包括：第一声呐本体组件；第一声呐壳体，其具有一个容腔，第一声呐本体组件安装在容腔内，第一声呐壳体的周侧板上设置有环状轨道；垂直起吊装置，其一端与水下航行器的底板连接，另一端与第一声呐壳体连接，垂直起吊装置的与声呐本体组件连接的一端能够远离或靠近水下航行器；第二声呐本体组件，其安装在环状轨道上，且能在环状轨道运动；控制器，其与垂直起吊装置连接，用于控制垂直起吊装置工作。本申请通过第二声呐本体组件进行周向区域探测从而在第一声呐本体组件上升及下降的过程中，防止周围出现障碍物而导致第一声呐本体组件与障碍物相撞。

摘要： 本发明提供一种水下航行器同步定位与建图方法及水下航行器，方法包括：S1：采用多波束图像声呐获取被测区域的传感数据，所述多波束图像声呐设置在水下航行器上；S2：根据所述传感数据估计所述多波束图像声呐的实时的姿态信息；S3：采用非线性优化算法对所述实时的姿态信息进行整合得到所述多波束图像声呐的第一轨迹和第一地图。以多波束图像声呐为传感器基础，建立适用于实际海洋环境的SLAM技术及其算法，实现航行器在自身位置不确定的条件下，在完全未知环境中创建地图，同时利用地图进行自主定位和导航的问题。

摘要： 本实用新型公开一种水下航行器的上层建筑结构和水下航行器。其中上层建筑结构，包括：框架，所述框架设有若干通空部；复合件，所述复合件包括复合本体和加强连接本体，其中，所述复合本体遮挡所述通空部，所述复合本体包括第一夹芯和第一蒙皮，所述第一蒙皮之间夹设有所述第一夹芯；所述加强连接本体连接于所述复合本体且还连接于所述框架。框架和复合件的设置使得上层建筑结构并不完全是钢质上层建筑结构，复合件的密度相较于钢质件的密度而言减小了，可降低水下航行器的重量，且具有优异的耐海水腐蚀能力，第一蒙皮和第一夹芯的设置可以保证整体刚度、局部刚度，振动噪声低，无需借助于消声结构，从而降低了水下航行器的重量和经济成本。

摘要： 本公开提供一种水下航行器的多自由度驱动机构，包括旋转环；旋转驱动器，与所述旋转环传动连接，用于驱动所述旋转环旋转；翻转驱动器，安装于所述旋转环上；翻转件，设置于所述旋转环的内侧，且与所述翻转驱动器传动连接，利用所述翻转驱动器驱动所述翻转件沿所述旋转环的径向翻转；推进器，安装于所述翻转件上。一种航行器，包括主体和设置在所述主体上的所述水下航行器的多自由度的驱动机构。本公开提供的水下航行器的多自由度驱动机构，结构紧凑，能够实现推进器的全角度旋转。本公开提供的水下航行器在水下航行器的多自由度驱动机构的驱动作用下，也能够实现全角度的换向，增强了灵活性。