水下无人系统学报

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聂卫东, 高智勇, 刘艳波

2012, 20(1): 001-8. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2012.01.001

[摘要](1372) [PDF 362KB](609)

摘要:
在轻型反潜鱼雷最优垂直命中弹道设计中, 基于庞特里亚金(Pontryagin)极小值原理解析求解得到的最优垂直命中导引律具有理论基础完备、形式简洁等优点, 但因其推导过程进行了一系列简化处理, 适用范围变窄, 且控制系数不易获得, 事实上难于直接应用。为此, 本文提出了一种实用的鱼雷最优垂直命中末弹道的设计方法, 即对上述导引律进行面向工程应用的二次优化设计, 从而得到满足不同初始作战态势下的最优导引律。通过弹道数字仿真验证了该方法的可行性和可靠性。分析了末弹道优化系统的设计灵敏度, 提出了合理的优化设计建议。

扑翼翼型流体动力特性数值计算与分析

潘光, 钟如意, 宋保维, 曹永辉

2012, 20(1): 009-13. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2012.01.002

[摘要](1188) [PDF 365KB](655)

摘要:
利用对海洋生物运动方式及其运动器官的研究开发水下扑翼推进装置是仿生推进技术的一个重要研究方向。本文通过数值计算方法, 以对称翼型为主, 开展对扑翼翼型的推力和升力特性的研究, 分析了各翼型在不同斯德鲁哈数下的力学表现, 以及翼型和相关参数对扑翼推进效果的影响。计算结果表明, 翼型扑翼运动时的最大推力系数、平均推力系数和最大升力系数3个参数均与中心弦长比成线性递减关系, 翼型参数和工况对翼型的推力和升力特性均有不同程度的影响。

基于HyperMesh和Nastran的鱼雷海水管有限元分析

白坤雪, 尹韶平

2012, 20(1): 014-18. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2012.01.003

[摘要](1282) [PDF 279KB](968)

摘要:
为了识别海水管路的模态参数, 找出结构发生共振的频率段, 避免共振, 综合运用UG, HyperMesh, Msc.Nastran软件建立了一整套涵盖3D建模、网格划分、有限元分析流程。以海水管为例进行了自由模态分析, 获得了前8阶固有频率和振型。仿真结果表明, 海水管的前8阶固有频率以低频为主, 波纹管是振型变化最剧烈的部分, 是海水管路振动控制的对象。研究表明, 该流程具有快捷高效、精度高的特点, 是单一有限元软件无法比拟的。

欠采样率下多频率成分的估计方法

高育兵, 梁红, 杜金香

2012, 20(1): 019-23. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2012.01.004

[摘要](923) [PDF 208KB](590)

摘要:
针对信号处理和雷达系统中常见的信号频率大于采样频率或采样频率小于奈奎斯特情况下信号多个频率成分的估计问题, 提出了采用一组非互质的模数和相应的一组有误差的余数, 同时重构多个任意正实数的广义稳健中国剩余定理(GRCRT), 定理1首先给出了余数与重构的正实数的一一对应所需要满足的条件, 定理2 给出了重构正实数有唯一解的条件。将该定理用于欠采样下多个信号频率估计, 仿真实例验证了余数估计有误差时同时估计多个正实数算法的稳健性和实际工程应用前景。

基于联合制导方式的潜射反主动声纳鱼雷探讨

钱忠明

2012, 20(1): 024-27. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2012.01.005

[摘要](1254) [PDF 158KB](624)

摘要:
针对现行潜射反舰鱼雷制导方式受海洋环境的影响, 潜艇攻击距离和鱼雷自导距离被制约的问题, 借鉴反辐射导弹的设计理念, 提出了一种基于对目标探测信号的测量和其他组合联合制导的新型鱼雷制导方式。采用这种自导方式的反主动声纳鱼雷, 以反潜舰艇和鱼雷发出的主动声纳脉冲信号为导引源, 对目标实施硬杀伤。探讨了联合制导方式下, 反主动声纳鱼雷的设计原理及技术特点, 并假想了其作战流程。分析表明, 反主动声纳鱼雷的作战特点符合实际攻击和作战需要, 具有较好的应用前景。

基于电磁引信原理的鱼雷过靶距离测量方法

陈光, 黄小艺, 潘兰强

2012, 20(1): 028-32. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2012.01.006

[摘要](1390) [PDF 254KB](653)

摘要:
针对当前鱼雷过靶距离的测量方法普遍采用被动测距, 且存在操作不便、解算模型复杂和测试精度低等问题, 提出了一种基于电磁引信原理的鱼雷过靶距离的测量方法, 分析了电磁引信的主动测距原理, 建立了相位特征与过靶距离的解算模型, 给出了基于二分法原理的过靶距离数值求解过程, 最后对本文提出的方法进行了水池试验。实测数据表明, 在电磁引信的收发天线与目标(钢板)的距离为0.8~1.5 m的条件下, 绝对测距精度小于0.02 m, 相对测距精度小于2.5%, 证明了该方法测试精度高且易于实现, 具有较好的工程应用前景。

基于小波能量特征的尾流光信号特征研究

郭虎生, 刘启忠, 刘金龙

2012, 20(1): 033-37. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2012.01.007

[摘要](1080) [PDF 378KB](584)

摘要:
针对舰船尾流激光探测的信号检测与分析问题, 提出了利用小波域能量特征进行尾流特征分析的新方法。首先设计了变遗忘因子的自适应抵消器滤除水体后向散射信号与系统噪声, 有效地选取了含有目标的信号; 其次采用小波包分解方法并按频段的能量形成提取目标特征; 最后借助主成分分析方法对特征向量进行降维。通过对试验数据的分析表明, 提取的特征能有效地揭示不同性质下的尾流后向散射光信号, 提高了对尾流分析的能力。

一种利用单信标修正AUV定位误差的方法

张福斌, 张永清

2012, 20(1): 038-41. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2012.01.008

[摘要](875) [PDF 277KB](608)

摘要:
针对配置有捷联惯导(SINS)/多普勒速度仪(DVL)/深度传感器组合导航定位系统的自主水下航行器(AUV)的定位误差随时间增大, 以及采用GPS修正定位误差引起的AUV隐蔽性降低等问题, 提出了一种利用水下固定单信标修正SINS/DVL/深度传感器组合定位误差的方法。该方法首先利用水声测距原理测量出AUV与水下固定单信标的距离, 然后基于空间几何关系计算出AUV的实时位置, 最后通过卡尔曼滤波连续修正AUV的定位误差。仿真结果表明, 该方法可以有效减小AUV的定位误差, 有较好的工程应用价值。

基于BTT控制的无人水下航行器动力学模型

张翼超, 周徐昌, 沈建森, 石汉成

2012, 20(1): 042-46. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2012.01.009

[摘要](1519) [PDF 224KB](547)

摘要:
针对传统采用侧滑转弯(STT)控制技术的无人水下航行器(UUV)快速机动时由于侧滑产生较大诱导力矩及其自动驾驶仪三通道间产生较强的耦合而降低其控制系统稳定性的问题, 提出了采用倾斜转弯(BTT)控制技术的改进方法。根据UUV的航行动力学模型与倾斜转弯控制的特点, 对UUV空间动力学方程进行了必要的简化, 得到了基于BTT控制技术的UUV动力学模型, 并从自动驾驶仪设计的简便性出发, 提出了利用其法向过载作为状态变量的全状态可测量数学模型, 为进一步设计基于BTT控制技术的UUV控制系统提供参考。

大机动下鱼雷滚动控制规律设计

张秦南, 宋喜发, 吕瑞, 吝龙艳

2012, 20(1): 047-50. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2012.01.010

[摘要](1068) [PDF 131KB](502)

摘要:
鱼雷在大机动时滚动通道会出现严重的动力学耦合, 为了减小耦合对滚动的影响, 设计了大机动情况下滚动通道模型参考自适应变结构控制规律, 利用变结构控制抗干扰能力强的特点将耦合作为干扰处理, 同时采用模型参考自适应控制使得系统获得良好的动态特性。仿真结果表明, 该控制规律可以有效解决大机动时滚动通道的耦合问题, 从而避免古典控制方法导致的控制精度下降的缺陷。

对转鱼雷永磁同步推进电机直接转矩控制系统设计

徐海珠, 谢顺依, 连军强, 王鼎

2012, 20(1): 051-55. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2012.01.011

[摘要](1323) [PDF 367KB](682)

摘要:
为了提高鱼雷电机的效率和转矩密度, 介绍了对转永磁同步电机的结构, 探讨了对转永磁同步电机的直接转矩控制技术, 推导了对转永磁同步电机的数学模型, 建立了电机仿真模型, 分析了电机设计原理。为了保持双转子的等速, 设计了一种新型对转永磁同步电机的直接转矩控制系统, 提出了电机扰动情况下的双转子转速跟随方案, 并进行了仿真。仿真结果和理论分析吻合, 证明了直接转矩控制技术可以很好地实现对转永磁同步电机的调速, 且控制过程简单, 转矩响应迅速, 鲁棒性强。

动叶围带对鱼雷涡轮机通流性能影响研究

伊进宝, 赵卫兵, 师海潮

2012, 20(1): 056-59. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2012.01.012

[摘要](1353) [PDF 391KB](559)

摘要:
针对鱼雷涡轮机叶片短小, 顶部间隙泄漏损失严重的问题, 基于求解雷诺平均的NAVIER-STOKES方程组, 对有无围带下鱼雷涡轮机通流不同工况下流场及性能进行了数值计算, 研究了有无围带时涡轮机功率、效率、燃气流量以及各种流动损失的变化规律, 分析了叶轮围带对涡轮机通流流场及性能的影响。研究表明, 在鱼雷涡轮机叶轮顶部上安装围带有助于消除叶轮流道主流中叶片径向的泄漏流动, 减小叶轮内部流动损失, 提高涡轮机通流效率和功率, 改善鱼雷涡轮机通流部分的工作性能。

一种自航式声诱饵接收作用距离海上测量方法

崔保河, 郑援

2012, 20(1): 060-62. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2012.01.013

[摘要](1640) [PDF 295KB](594)

摘要:
针对海上武器装备试验鉴定过程中海试环境与指标环境的差异, 给出了自航式声诱饵海上试验实际测量过程中环境参数测量方法, 特别是利用海底反演方法反演大面积海域海底参数, 并结合自航式声诱饵特点给出接收作用距离折算详细方案, 最后运用平滑平均声场模型仿真给出自航式声诱饵接收作用距离测量实例及结果分析, 为相应的装备验收试验提供参考。

鱼雷尺度多目标多干扰半实物仿真环境设计与实现

赵罡, 岳青

2012, 20(1): 063-68. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2012.01.014

[摘要](1465) [PDF 388KB](529)

摘要:
随着信号检测方法及计算机技术的发展应用, 鱼雷自导系统性能不断提高, 水下尺度多目标识别已成为检测现代鱼雷自导系统水声对抗能力的重要指标之一, 但相关实航测试环境却难以实现。通过对尺度多目标有效性判断及遮蔽计算的分析, 依据实时性原则设计了信号实时生成算法并构建了半实物仿真系统, 对鱼雷尺度多目标多干扰环境进行了模拟, 为试验室环境检测鱼雷水声对抗能力提供了便捷有效的手段。验证结果表明, 该系统可以满足相关仿真需求。

水下目标爆炸毁伤时战斗部相似律仿真与试验

鲁忠宝, 南长江, 步相东

2012, 20(1): 069-73. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2012.01.015

[摘要](1617) [PDF 373KB](613)

摘要:
在进行水中兵器战斗部对目标的爆炸毁伤试验时, 为了确定能否由缩比战斗部对目标的毁伤效应推广预测原型战斗部, 根据相似理论首先确立了战斗部尺寸、冲击波测点距离以及靶板距离采用相同缩比时的几种研究模型, 然后通过数值仿真结合水下爆炸试验测试的方法, 计算了冲击波压力与靶板应变, 并进行了比较分析。结果表明, 各研究模型的仿真结果与试验结果吻合较好, 各模型对应的冲击波压力与靶板应变之间的偏差都很小, 说明满足相似律的缩比模型能够预测原型战斗部对水下目标的爆炸毁伤特性。本文结论为战斗部水下爆炸的威力评估提供了依据。

鱼雷战斗部技术研究现状及发展趋势

郭涛, 吴亚军

2012, 20(1): 074-77. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2012.01.016

[摘要](1766) [PDF 177KB](778)

摘要:
鉴于鱼雷战斗部技术的研究现状, 通过以下5方面分析并展望了提高鱼雷战斗部爆炸威力的途径: 研究新型战斗部结构, 实现定向聚能爆破; 研究新型高能炸药, 提高战斗部的毁伤威力; 加大鱼雷口径, 大幅度增加装药量; 采用先进工艺, 提高炸药的装填密度; 在必要情况下, 采用核装药。提出了改进建议: 在逐步提高研究手段和加强条件保障建设基础上重点开展鱼雷战斗部数值仿真研究和水下爆炸试验研究。

水声干扰子弹威力分析

孙钟阜, 盛振新, 刘荣忠, 郭锐

2012, 20(1): 078-80. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2012.01.017

[摘要](1010) [PDF 252KB](627)

摘要:
为了研究壳体厚度和材料对水声干扰子弹威力的影响, 在Cole水下爆炸冲击波经验公式的基础上, 利用AUTODYN仿真程序对水声干扰子弹水下爆炸进行模拟, 分析了子弹壳体厚度和材料对水下爆炸声压级的影响, 仿真结果表明, 水下爆炸声压级随着壳体厚度的增加先升高后降低; 壳体材料的屈服应力越大, 水下爆炸声压级越高。仿真结果为工程应用提供理论参考。

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