水下无人系统学报

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钱立新, 刘飞, 胡艳辉, 赵剑波

2016, 24(3): 161-165. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2016.03.001

[摘要](699) [PDF 649KB](395)

摘要:
为进一步研究鱼雷头罩入水破坏机制和理论设计方法, 通过鱼雷头罩空中承载及入水冲击过程动力学分析, 建立了可行域规划方法。对特定设计边界的鱼雷头罩进行了入水运动学分析、可行域规划、影响因素分析和入水试验验证。研究表明, 可行域规定了鱼雷头罩力学设计的物理边界, 可较好地表征、求解鱼雷头罩的理论设计问题。空中飞行速度和正切尖拱的长径比是鱼雷头罩可行域规划的主要影响因素, 其中, 空中飞行速度决定着可行域的临界入水速度和可行域宽度, 尖拱长径比对可行域宽度有显著影响。

基于超短基线的AUV自主对接流程及算法

赵朝闻, 张淞, 李辉

2016, 24(3): 166-171. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2016.03.002

[摘要](1160) [PDF 1483KB](732)

摘要:
自主式水下航行器(AUV)自身携带能源有限, 需要在完成一段任务后自主航行至水下基站与其对接。文中分析了目前对接基站的现状, 针对包容式基站，在分析对接工作原理的基础上, 提出了一种基于超短基线信息的对接流程: 首先根据导引信息和到对接基站的距离不同, 将AUV自主对接分为远程、中程、近程和末程4个阶段; 其次详细分析了每个阶段的工作特点、对接流程和控制算法; 最后通过在VS2008中的数学仿真和搭载AUV开展湖上试验, 验证了对接流程和控制算法的可行性。仿真和试验结果均表明, 该AUV自主对接控制流程和算法稳定可靠, 具有良好的工程应用前景。

带翼锥形空化器的流体动力特性分析

栗夫园, 党建军

2016, 24(3): 172-176. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2016.03.003

[摘要](1236) [PDF 583KB](459)

摘要:
为了获得锥形空化器带有翼时受到的流体动力, 通过数值仿真计算, 得到了带不同翼时锥形空化器各部分的流体动力。对计算得到的数据进行了分析, 得到了锥形空化器上翼的阻力和升力随攻角的变化特性, 以及翼的楔角、形状、空化器锥角对流体动力的影响。利用仿真数据验证了在流体动力计算中楔角与攻角之间的等量变换关系。仿真结果表明, 锥形空化器上安装合适尺寸的翼时, 能够有效提高水下航行器的控制力而不增加航行器阻力。

基于HMG法的被动声呐浅海探测距离预报

高飞, 潘长明, 李胜全, 孙磊, 陈符森

2016, 24(3): 177-183. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2016.03.004

[摘要](987) [PDF 711KB](496)

摘要:
基于HMG法并将实测数据与模型仿真相结合, 以评估海洋“水声环境效应”对声呐探测距离的影响。文章首先基于声呐方程阐述HMG法预报原理, 给出其声呐参数组合表达式; 然后结合东海浅水区域水声调查构建海洋环境背景场, 分析其水体及边界声学参数分布; 最后, 利用实测数据验证Kraken水声传播数值模型及风生噪声经验模型, 并根据HMG法模拟预报海面风速、声速剖面对被动声呐探测距离的影响。研究结果表明: HMG法可较好模拟“水声环境效应”对声呐探测距离的影响; 传播损失和环境噪声随海面风速增加而增大, 从而降低了声呐探测距离; 声速剖面通过影响声能边界损失作用于探测距离, 垂向均匀的声速剖面环境中探测距离最大。文中研究可为被动声呐水下探测及水下航行器的隐蔽航行研究提供参考。

主动声自导应用于鱼雷反舰的可用性分析

何心怡, 陈菁, 高贺, 卢军

2016, 24(3): 184-188. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2016.03.005

[摘要](1190) [PDF 982KB](466)

摘要:
针对主动声自导应用于鱼雷反舰的可用性问题, 文中在深入分析鱼雷反舰作战面临的作战环境与作战对象的基础上, 提出了主动声自导不宜作为主要鱼雷反舰自导技术的结论, 主要原因有: 1) 跃变层可能导致鱼雷发射的声脉冲信号无法建立起与水面舰船的声接触, 造成鱼雷反舰攻击失效; 2) 水面舰船接收到鱼雷报警后的加速规避机动产生的漫反射效应与高辐射噪声特性, 可能导致主动声自导反舰失的; 3) 海面的镜面反射效应将显著增大主动声自导反舰的虚警率。同时根据鱼雷反舰作战需求以及相关技术发展, 展望了鱼雷反舰自导技术的发展方向。

悬浮式反鱼雷深弹的矢量水听器设计

刘清慧, 邓南明, 王昊

2016, 24(3): 189-193. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2016.03.006

[摘要](818) [PDF 339KB](432)

摘要:
为实现对来袭鱼雷的拦截, 文中对悬浮式反鱼雷深弹可能采用的柱形矢量水听器进行了设计。首先, 以刚性摆动柱形接收器声波接收响应模型为基础, 推导了同振柱型矢量水听器的测量原理; 通过计算机仿真, 分析了采用压电加速度计的同振柱型矢量水听器相关参数的相互影响关系; 最后选取设计了满足悬浮式反鱼雷深弹使用需求的矢量水听器技术性能参数。研究表明, 在灵敏度和相位差条件允许的情况下, 适当放宽对声学刚性运动柱体的几何尺寸要求, 有利于悬浮式反鱼雷深弹中的同振矢量水听器的设计。

双轴转台误差对加速度计标定精度的影响

曹雅丽, 张福斌

2016, 24(3): 194-199. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2016.03.007

[摘要](1181) [PDF 286KB](405)

摘要:
自主式水下航行器(AUV)的水下导航精度主要取决于捷联惯导系统(SINS)的精度, 文中对双轴位置转台误差(水平安装误差、水平仪调平误差、不正交安装误差等)进行了分析, 将转台误差直接定义在转台误差坐标系中。根据已有的惯性器件误差模型, 选定理想六位置的标定路径, 得到重力加速度在转台误差坐标系中的真实投影值, 并采用解析方法对含转台误差(尚未考虑各项误差之间的相互关系)的标定过程进行推导。通过设计合理的标定编排路径和有效的数学解析求解算法得到标定误差参数值的估计。仿真标定结果表明: 在短时间内可以验证标定方法的可行性, 且标定误差参数值在合理的误差范围内, 从而证明了含转台误差的标定路径编排算法的正确性。

近水面小型水下航行器鲁棒反推滑模深度控制

邵志宇, 王雅捷

2016, 24(3): 200-205. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2016.03.008

[摘要](795) [PDF 680KB](421)

摘要:
小型水下航行器的近水面运动状态易遭受波浪扰动影响, 致使其航行控制精度降低。为抑制波浪干扰,在建立小型水下航行器纵向模型的基础上, 应用鲁棒反推滑模控制方法设计了深度控制器, 建立了近水面波浪扰动模型和深度控制仿真模型, 采用Matlab/Simulink对深度控制方法进行了仿真。仿真结果表明, 所设计的控制器超调量小, 调整时间短, 鲁棒性强, 在实际应用中易于实现。该研究为解决小型水下航行器深度控制中的波浪干扰问题提供了理论依据和技术支撑。

从装备需求看鱼雷动力电池发展

高新龙, 王宇轩, 李学海

2016, 24(3): 206-210. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2016.03.009

[摘要](1076) [PDF 227KB](1036)

摘要:
随着鱼雷武器向大航程、高航速和信息化方向发展, 鱼雷动力电池的研发也面临着新的挑战。从分析鱼雷装备发展特点出发, 介绍了锂氧化银电池、锂氟化碳电池、氢氧燃料电池、热电池等几种高能电池的发展情况, 并对其作为鱼雷动力电池的应用进行了分析, 展望了鱼雷动力电池以下三方面的发展方向: 深度挖掘铝氧化银电池的性能潜力; 开展新体系高能电池技术研究; 积极开发组合电源技术。

铝基水反应金属燃料动力系统建模与仿真

路骏, 韩勇军, 马为峰, 高育科, 郭兆元, 李鑫

2016, 24(3): 211-216. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2016.03.0010

[摘要](892) [PDF 487KB](1195)

摘要:
铝基水反应金属燃料动力系统采用高能量密度燃料, 可大幅提高无人水下航行器的航程, 是极具潜力的新型水下能源动力系统。文中分析了铝基水反应金属燃料动力系统工作原理, 建立了全系统的性能计算模型, 提出了该模型的求解方法, 利用模型计算了系统关键节点的热力工作参数, 获得了关键节点的热力工作参数和设备性能参数对系统热效率的影响规律。仿真结果表明, 铝基水反应金属燃料动力系统比锂电池等目前常用的水下能源动力系统具有显著优势, 且通过优化其热力工作参数, 可进一步提高铝基水反应金属燃料动力系统的热效率。

基于ANSYS Workbench的低噪声海水泵有限元分析

李永东, 张海鹰, 马小录, 白坤雪, 高爱军

2016, 24(3): 217-221. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2016.03.011

[摘要](779) [PDF 918KB](835)

摘要:
为进一步优化设计鱼雷用低噪声海水泵, 利用工程仿真技术集成平台ANSYS Workbench对鱼雷用低噪声海水泵关键零部件进行了静力学及动力学有限元分析, 得到了某种工况下低噪声海水泵关键零部件的受力情况及振动特性, 并通过对齿圈进行谐响应分析, 预测结构的持续动力学特性。该分析结果可为低噪声海水泵的设计及试验提供理论支持, 对于缩短研发周期、节省试制费用和提高设计质量有一定的参考作用。

基于温度应力下鱼雷贮存寿命试验模型

张百勇, 刘凯, 孙炯, 李宏胜, 林洋

2016, 24(3): 222-226. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2016.03.0012

[摘要](576) [PDF 307KB](471)

摘要:
针对鱼雷贮存寿命评估问题, 分析了影响鱼雷贮存寿命的主要环境因素, 提出采用温度应力进行鱼雷加速寿命试验, 在此基础上利用Arrhenius模型进行鱼雷贮存寿命评估, 给出了加速寿命试验方法及Arrhenius模型参数的确定方法, 并通过选取影响鱼雷贮存寿命的典型组件进行加速试验, 验证了该模型的合理性。文中所作研究对鱼雷加速寿命试验和常温下贮存寿命的评估有一定的指导意义。

基于不同考核层次的鱼雷反水声对抗试验方法

齐立新, 吴建岚

2016, 24(3): 227-234. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2016.03.013

[摘要](557) [PDF 287KB](504)

摘要:
针对鱼雷反水声对抗战技指标和功能考核以及反水声对抗作战能力评估2个不同的考核层次需求，提出了在规定条件下通过实航试验验证鱼雷反水声对抗战技指标和功能，在战术背景下以全武器系统使用为前提通过实航试验和仿真试验相结合的手段进行鱼雷反水声对抗作战能力评估的试验方法，并在2种试验方法中明确了试验保障条件需求、试验实施流程和试验结果评估标准或方法。该试验设计思想可直接服务于面向战技指标和作战能力双重考核评估目的下的鱼雷定型试验工程实践，所提出的方法科学合理, 试验方案经济可行，可为未来鱼雷反水声对抗试验鉴定工作提供有益参考。

雷弹发射系统应急发射状态下发射阀内流场分析

王贤明, 段浩, 王云

2016, 24(3): 235-240. doi: 10.11993/j.issn.1673-1948.2016.03.014

[摘要](752) [PDF 2213KB](305)

摘要:
发射阀是潜艇雷弹发射系统的重要部件, 其主要作用是准确控制气体的流量以及压力, 从而保证发射过程的精确性。文中采用商用CFD软件, 建立了应急发射状态下发射阀内流场的数学模型, 使用剪切压力传输(SST) 模型并结合动网格技术对该模型进行了数值仿真。仿真结果详细直观地描述了发射阀内流场各个阶段的瞬态压力、瞬态速度分布。所获得的仿真结果可为发射阀流道的优化设计提供理论依据, 同时还可为研究潜艇发射系统的振动与气动噪声提供参考。

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