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2018年  第26卷  第3期

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综述评论
矢量声呐技术理论基础及应用发展趋势
杨德森, 朱中锐, 田迎泽
2018, 26(3): 185-192. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.03.001
摘要:
相较于传统声呐, 矢量声呐可获得更为丰富的声场信息, 因此该技术得到了广泛应用。文章从物理、数学、信号处理、信息量、低频探测性能以及目标定位方面给出了矢量声呐技术优势的理论基础, 回顾了矢量声呐在自由场条件下的成功推广应用情况, 重点介绍了作者团队在舰载矢量声呐应用中所取得的突破性进展, 理论上解决了典型声障板条件下矢量声呐的应用基础问题, 技术上突破了矢量声呐的适装性问题, 同时展望了矢量声呐未来的发展趋势。
国外低频主动拖曳声呐发展现状和趋势
王鲁军
2018, 26(3): 193-199. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.03.002
摘要:
低频主动拖曳声呐可以在恶劣的声传播条件下对潜艇进行远程探测, 逐渐成为各国反潜探测的主要装备。文章首先回顾了低频主动拖曳声呐的研制背景, 概述了其特点, 重点介绍了美国水面舰艇拖曳声呐的发展历程; 然后分别从法国、德国、俄国、美国研制的几款主要低频主动拖曳声呐入手, 分析了其主要性能; 提出了低频主动声呐发展中所面临的虚警率、暴露性及生态影响等挑战, 指出: 低频主动拖曳声呐将向装备发展系列化、作战使用多基地化和系统功能一体化等方向发展。
基础研究
参数摄动下基于积分滑模的欠驱动UUV轨迹跟踪控制方法
严浙平, 李 响, 宋育武, 李 娟
2018, 26(3): 200-206. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.03.003
摘要:
针对参数摄动下欠驱动无人水下航行器(UUV)水平面轨迹跟踪控制问题, 提出了一种基于积分滑模的轨迹跟踪控制方法。该方法利用航行器的运动特性建立轨迹跟踪误差方程, 结合反步法和积分滑模控制方法, 分别设计了1阶积分滑模纵向速度控制器和偏航角速度控制器, 实现了参数摄动下水平面轨迹跟踪并证明了系统的稳定性。仿真结果表明, 所提出的轨迹跟踪控制方法可以有效地完成轨迹跟踪任务并且对参数摄动具有很强的鲁棒性。
基于数值波浪水槽的圆柱浮标运动仿真与分析
杨壮滔, 张 涛, 段 浩, 朱 敏
2018, 26(3): 207-213. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.03.004
摘要:
研究了不同海况条件下外形及重浮心距对圆柱形浮囊浮标运动响应的影响规律。使用雷诺平均的N-S方程(RANS)和流体体积模型(VOF), 基于势流粘流相结合的方法, 建立了数值波浪水槽。对比分析了不同物理时间下所造波的波形与理论波形, 结果表明, 该方法的造波精度满足工程应用需求。同时结合6自由度(6DOF)模型和重叠网格方法, 在不同海况作用下对2种类型浮标的运动特性进行仿真。结果表明, 文中所建立的浮标运动仿真分析方法是正确有效的, 文中所做工作可为圆柱形浮囊浮标设计提供参考。
水下涡轮发动机设计工况优化设计
李文哲, 张方方
2018, 26(3): 214-220. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.03.005
摘要:
为提高水下涡轮发动机设计工况经济性能, 在完成涡轮发动机设计建模的基础上, 以发动机设计工况内效率最大为目标函数, 利用遗传算法对涡轮机工作背压、动叶栅平均直径、喷嘴进气倾斜角及其扩张角等4个参数进行优化匹配研究, 并重点针对各个优化参数对内效率的影响开展仿真研究。仿真结果表明, 4个优化参数中, 该型涡轮发动机设计工况内效率对其工作背压最敏感, 而对喷嘴扩张角最不敏感; 优化设计后涡轮机设计工况内效率提高6.24%, 相应工质秒耗量减小5.87%, 发动机经济性能改善明显。文中建立的数学模型及优化设计结果可为涡轮机变工况热力计算提供初始模型及数据参考。
基于偶极势场的移动回收站空间回坞导引算法
齐贝贝, 严卫生, 高 剑
2018, 26(3): 221-227. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.03.006
摘要:
针对自主水下航行器(AUV)的自主回收问题, 提出了一种基于偶极势场的移动回收站空间回坞导引算法。在回收站移动的情况下, AUV动态测量应答器的位置, 从而获得AUV在对接坐标系下的坐标和姿态角, 利用建立的偶极势场计算出期望的航向角和俯仰角, 期望的横滚角设为零。在偶极势场的导引下, AUV沿回收站的中轴线进入回收站。将AUV的控制分解为纵平面和水平面两部分, 通过采用自适应非奇异终端滑模控制的方法, 分别保证航向角和俯仰角回坞控制的鲁棒性和自适应性。最后, 仿真结果证明了在回收站移动的情况下, 所设计的空间回坞导引算法是有效的。文中的工作可为移动回收站的回坞对接研究提供参考。
基于导引控制一体化设计的水下拦截器迎面拦截最优制导律
杨惠珍, 王 迪, 吕 瑞
2018, 26(3): 228-233. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.03.007
摘要:
针对水下拦截器精确制导的系统设计需求, 提出了一种迎面拦截的水下拦截器导引控制一体化最优控制方法。根据水下拦截器与目标的相对运动方程和拦截器动力学方程建立了导引控制一体化数学模型, 采用输出调节器方法设计了导引控制一体化最优控制器, 利用相对运动的视线角和拦截器姿态信息计算出水下拦截器的舵控制指令, 使得视线角收敛至期望值, 从而实现迎面拦截。仿真结果表明, 所提出的迎面拦截制导律迎面拦截效果明显。文中的研究可为水下拦截器的制导系统研制提供理论依据与参考。
基于改进板块元法的标准潜艇收发分置目标强度分析
冯雪磊, 李晓伟, 李 锦, 陈南若
2018, 26(3): 234-241. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.03.008
摘要:
收发分置目标强度是双基地和多基地声呐的重要参数, 文中采用改进板块元方法分析了具有复杂结构的标准潜艇收发分置目标强度。首先, 将收发合置的改进板块元方法推广到收发分置的情形, 推导并验证收发分置的改进板块元方法; 然后, 在考虑二次散射和遮挡的情况下, 分析包含外壳、内壳和肋板的双壳体标准潜艇的中高频收发分置目标强度; 最后, 分析了收发分置目标强度的统计特性。结果表明: 1) 改进板块元方法在分置角不大时具有较好的准确度, 避免了坐标变换导致的大量计算, 提高了计算的稳定性; 2) 对于双壳体标准潜艇, 在多数情况下潜艇外壳的一次散射是目标强度的主要贡献, 而外壳的二次散射较小, 当入射方向和散射方向关于艏部或者艉部对称时, 由于镜面反射, 肋板和内壳的贡献较大; 3) 文中计算频率目标强度的统计特性随分置角变化不大。文中的研究可为水中兵器多基地和双基地声呐设计提供依据。
水下燃料电池动力系统能量管理策略仿真
高慧中, 王志杰, 尹韶平, 路 骏, 王俊光
2018, 26(3): 242-246. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.03.009
摘要:
氢氧燃料电池作为一种将燃料化学能直接转化为电能的发电装置, 具有比能量和效率高等特点, 非常适于水下应用。文中针对水下环境中的氢氧燃料电池-蓄电池混合动力系统特性, 提出了一种功率跟随式的能量管理策略, 通过建立的动力系统simulink模型, 对能量管理策略的性能进行了验证。结果表明, 建立的控制策略能够充分利用蓄电池补充燃料电池不足, 对于燃料电池在水下环境中的应用具有一定参考。
工程应用
基于静力试验的鱼雷壳体模态计算模型修正
王 升, 尹韶平, 郭 君, 王 中, 张志民
2018, 26(3): 247-252. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.03.010
摘要:
为建立一种简单而又适用的鱼雷壳体楔环连接结构模态计算分析模型, 将楔环连接的鱼雷壳体简化为2个壳体以及1个环形圈连接的有限元模型, 其中包含7对接触面以及1个接触刚度参数。通过鱼雷壳体的静力加载试验以及静力仿真对比, 辨识出模型中的接触刚度参数。对修正后的有限元模型进行模态仿真计算, 仿真模态频率与试验模态频率误差不大于2.65%, 结果表明了该模态计算方法的准确性。可为鱼雷壳体等含楔环连接结构的有限元建模与模态分析提供借鉴。
反鱼雷鱼雷全弹道数学仿真系统设计与应用
曹 萌, 倪文玺, 蒋继军
2018, 26(3): 253-257. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.03.011
摘要:
数学仿真在武器论证和研制中能够起到优化参数匹配、评估作战效能、预估试验结果等作用。反鱼雷鱼雷自身特性决定了其弹道拦截过程较之传统鱼雷更为复杂, 基于此, 文中设计了一个反鱼雷鱼雷全弹道数学仿真系统, 阐述了仿真系统的功能与组成、关键模型和模块, 利用典型的作战工况进行了仿真应用, 验证了相关模型和仿真系统的有效性。反鱼雷鱼雷全弹道数学仿真系统可以在考虑作战使用的条件下对其总体性能方案进行研究, 验证弹道动作流程、导引律、性能参数等设计的合理性, 为反鱼雷鱼雷的论证和工程研制提供有力支撑。
鱼雷测试性设计技术框架与关键技术
周坤烨, 蒋 涛, 张 宁
2018, 26(3): 258-262. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.03.012
摘要:
随着测试性在新型鱼雷研制中逐渐受到重视, 针对装备测试性工作通用要求无法有效指导鱼雷开展测试性设计的问题, 提出了一种适用于鱼雷的测试性设计方法。首先对比分析了航空装备与鱼雷武器存在的设计差异; 随后根据鱼雷的保障特点制定了测试性设计的技术框架和工作方法; 最后, 重点对指标分配、测试性建模以及BIT设计这3个关键技术进行分析优化, 解决了以往在产品研制阶段缺乏规范、有效的标准指导鱼雷测试性设计的问题。
基于Rife算法和相位差法的频率估计算法
谢 胜
2018, 26(3): 263-266. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.03.013
摘要:
针对Rife算法在低信噪比条件下被估计频率接近FFT量化频率时估计误差较大, 而改变窗长相位差法具有较高的估计精度的特点, 文中利用频谱细化技术对Rife算法进行了改进, 提出了基于改进Rife算法和改变窗长相位差法正弦波频率估计综合算法, 给出了理论计算过程及相关推导公式。仿真结果表明, 即使信噪比为-15dB, 改进算法仍然具有较高的估计精度而且在整个频段上性能稳定, 均方根误差接近克拉美-罗限, 且改进算法计算量小, 易于硬件实现。
电动力鱼雷二次电池组抗冲击强度分析
盛兆华
2018, 26(3): 267-272. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2018.03.014
摘要:
电动力鱼雷二次电池组安全平稳放电是全雷正常航行的保障。电池架除了保证电池单体有足够的容纳空间外, 还需具有一定的抗冲击强度, 防止鱼雷空投发射入水冲击对电池单体造成损伤, 引起内部短路等严重故障。文中先对现有电池组进行模拟空投发射冲击试验, 试验结果表明, 电池单体未受损, 电池架顶盖遭严重破坏。之后采用冲击有限元仿真分析顶盖严重变形原因, 仿真结果表明, 顶盖抗弯强度不足, 针对强度不足之处对顶盖进行结构改进, 结构改进后电池组顺利通过了冲击试验。文中所做研究可为电池组抗冲击设计提供参考。
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