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, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0110
摘要:
阀控缸作为电液伺服系统的关键组成部分, 其运动精度直接决定了该系统的平稳性、响应速度及终端定位精度。然而, 该阀控缸系统在实际运行中常面临复杂的非线性摩擦、参数不确定性以及外部负载扰动等问题, 导致传统控制策略难以满足高精度定位的严苛要求。比例-积分-微分(PID)控制在应对强非线性和参数变化时鲁棒性不足, 易产生超调或稳态误差;而滑模控制虽具强鲁棒性, 但其固有的抖振现象会加剧机械磨损并影响定位精度。为攻克这一技术瓶颈, 文中提出了一种先进的基于快速动力学补偿项和非线性鲁棒反馈项的自适应鲁棒控制策略。为验证所提策略的有效性与优越性, 研究进行了详尽的对比仿真分析。结果表明, 相较于传统的PID控制和滑模控制(SMC), 文中设计的自适应鲁棒控制器在阀控缸运动过程中展现出显著提升的控制性能。
阀控缸作为电液伺服系统的关键组成部分, 其运动精度直接决定了该系统的平稳性、响应速度及终端定位精度。然而, 该阀控缸系统在实际运行中常面临复杂的非线性摩擦、参数不确定性以及外部负载扰动等问题, 导致传统控制策略难以满足高精度定位的严苛要求。比例-积分-微分(PID)控制在应对强非线性和参数变化时鲁棒性不足, 易产生超调或稳态误差;而滑模控制虽具强鲁棒性, 但其固有的抖振现象会加剧机械磨损并影响定位精度。为攻克这一技术瓶颈, 文中提出了一种先进的基于快速动力学补偿项和非线性鲁棒反馈项的自适应鲁棒控制策略。为验证所提策略的有效性与优越性, 研究进行了详尽的对比仿真分析。结果表明, 相较于传统的PID控制和滑模控制(SMC), 文中设计的自适应鲁棒控制器在阀控缸运动过程中展现出显著提升的控制性能。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0144
摘要:
无人水下航行器推进系统的低速控制性能是其有效执行深海勘探、军事侦察等关键任务的前提条件。针对低速工况控制能力提升的需求, 本文系统分析了永磁同步电机驱动系统中有位置传感器方案与无位置传感器方案的局限性。旋转变压器在恶劣环境下易引入位置检测误差, 而在主流无感控制方案中, 基于反电动势的观测器存在零低速域观测盲区, 高频信号注入法虽可提升低速观测性能, 但其辨识精度易受电机参数变化影响, 且所有无感控制方案的精度均高度依赖电流采样的准确性, 使得该类方案在干扰严重的复杂工况下, 面临严峻的工程挑战。为此, 本文提出一种旋转变压器与高频方波注入相结合的混合观测低速抗扰控制策略, 通过硬件冗余与信息融合技术, 将旋变提供的绝对位置基准与高频方波注入的动态观测结果进行深度融合, 构建优势互补的观测架构, 提升系统在低速、变载及信号受扰等复杂工况下的鲁棒性。仿真结果表明所提出的方法能够有效抑制位置传感器和电流传感器的检测误差干扰, 实现转子位置的稳定精确观测, 为水下装备动力系统提供了高可靠性的控制解决方案。
无人水下航行器推进系统的低速控制性能是其有效执行深海勘探、军事侦察等关键任务的前提条件。针对低速工况控制能力提升的需求, 本文系统分析了永磁同步电机驱动系统中有位置传感器方案与无位置传感器方案的局限性。旋转变压器在恶劣环境下易引入位置检测误差, 而在主流无感控制方案中, 基于反电动势的观测器存在零低速域观测盲区, 高频信号注入法虽可提升低速观测性能, 但其辨识精度易受电机参数变化影响, 且所有无感控制方案的精度均高度依赖电流采样的准确性, 使得该类方案在干扰严重的复杂工况下, 面临严峻的工程挑战。为此, 本文提出一种旋转变压器与高频方波注入相结合的混合观测低速抗扰控制策略, 通过硬件冗余与信息融合技术, 将旋变提供的绝对位置基准与高频方波注入的动态观测结果进行深度融合, 构建优势互补的观测架构, 提升系统在低速、变载及信号受扰等复杂工况下的鲁棒性。仿真结果表明所提出的方法能够有效抑制位置传感器和电流传感器的检测误差干扰, 实现转子位置的稳定精确观测, 为水下装备动力系统提供了高可靠性的控制解决方案。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0001
摘要:
针对传统空腔型橡胶吸声覆盖层在高压环境下吸声性能显著下降的问题, 提出一种含高透波复材的耐压与吸声一体化覆盖层结构。基于有限元方法, 建立考虑静压预应力、移动网格及声-固耦合频域扰动的数值模型, 研究不同静压下透声层的透声性能及3类空腔覆盖层的吸声特性。结果表明: 在0 ~ 9 MPa静水压作用下, 玻璃纤维增强塑料(GFRP)与碳纤维增强塑料 (CFRP)透声层均具有较高透声系数, 且受压力影响较小; 含高透波复材的矩形、叶形和锥形空腔覆盖层在4 ~ 10 kHz频段内吸声系数总体可达0.7以上, 且随静压变化较小。高透波复材能够有效抑制静压引起的空腔结构变形, 从而提高覆盖层在高压环境下吸声性能的稳定性。文中研究可为高压环境下水下吸声覆盖层的设计提供参考。
针对传统空腔型橡胶吸声覆盖层在高压环境下吸声性能显著下降的问题, 提出一种含高透波复材的耐压与吸声一体化覆盖层结构。基于有限元方法, 建立考虑静压预应力、移动网格及声-固耦合频域扰动的数值模型, 研究不同静压下透声层的透声性能及3类空腔覆盖层的吸声特性。结果表明: 在0 ~ 9 MPa静水压作用下, 玻璃纤维增强塑料(GFRP)与碳纤维增强塑料 (CFRP)透声层均具有较高透声系数, 且受压力影响较小; 含高透波复材的矩形、叶形和锥形空腔覆盖层在4 ~ 10 kHz频段内吸声系数总体可达0.7以上, 且随静压变化较小。高透波复材能够有效抑制静压引起的空腔结构变形, 从而提高覆盖层在高压环境下吸声性能的稳定性。文中研究可为高压环境下水下吸声覆盖层的设计提供参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0020
摘要:
针对水下航行器主辅机等机械设备低频线谱振动难以抑制的问题, 文中提出了基于分数阶梯度下降法的双通道耦合分数阶滤波-x最小均方误差(DFOFxLMS)算法, 仿真对比分析了不同阶数的算法控制效果。搭建了浮筏–圆柱壳结构的主动振动控制试验平台, 对比不同工况的试验表明: 相较于单通道控制策略, 所提出的双通道协同控制方案在浮筏–圆柱壳系统的整体振动抑制方面具有显著优势, 在双频线谱干扰场景下展现出良好的工程实用性与控制效能。
针对水下航行器主辅机等机械设备低频线谱振动难以抑制的问题, 文中提出了基于分数阶梯度下降法的双通道耦合分数阶滤波-x最小均方误差(DFOFxLMS)算法, 仿真对比分析了不同阶数的算法控制效果。搭建了浮筏–圆柱壳结构的主动振动控制试验平台, 对比不同工况的试验表明: 相较于单通道控制策略, 所提出的双通道协同控制方案在浮筏–圆柱壳系统的整体振动抑制方面具有显著优势, 在双频线谱干扰场景下展现出良好的工程实用性与控制效能。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0023
摘要:
水下图像因遭受严重的色彩和结构失真, 影响各种水下视觉任务的表现。现有的水下图像增强方法侧重于改善视觉外观, 忽略优化下游视觉任务的必要性。为此, 文中提出了一种视觉任务友好的水下图像增强方法(VTF-Net)。首先设计了全新的空域频域融合增强模块(SFF), 该模块能大幅提高模型对纹理细节的感知度和图像的保真度; 其次为了实现编码器和解码器之间信息的高效传递, 文中引入多尺度交叉注意力模块(MSCA)和瓶颈注意力模块(BNA), 在保证高效特征提取的基础上增加对全局梯度的感知, 有效改善图像的色偏和模糊问题。最后针对视觉任务友好的理念, 提出一种检测损失函数, 通过引入水下目标检测结果引导模型优化方向。实验结果表明: 文中所提方法在定性和定量实验中均取得了更好的结果, 同时在水下目标检测应用实验中取得了最优的结果。
水下图像因遭受严重的色彩和结构失真, 影响各种水下视觉任务的表现。现有的水下图像增强方法侧重于改善视觉外观, 忽略优化下游视觉任务的必要性。为此, 文中提出了一种视觉任务友好的水下图像增强方法(VTF-Net)。首先设计了全新的空域频域融合增强模块(SFF), 该模块能大幅提高模型对纹理细节的感知度和图像的保真度; 其次为了实现编码器和解码器之间信息的高效传递, 文中引入多尺度交叉注意力模块(MSCA)和瓶颈注意力模块(BNA), 在保证高效特征提取的基础上增加对全局梯度的感知, 有效改善图像的色偏和模糊问题。最后针对视觉任务友好的理念, 提出一种检测损失函数, 通过引入水下目标检测结果引导模型优化方向。实验结果表明: 文中所提方法在定性和定量实验中均取得了更好的结果, 同时在水下目标检测应用实验中取得了最优的结果。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0024
摘要:
针对水下装备振动噪声控制与声隐身性能提升的迫切需求, 探索了利用力学可重构负刚度超材料实现水下功能结构声隐身性能主动调控的新途径。本文优化设计了两例具有力学重构前后能带结构变化差异的负刚度超材料基元, 系统分析了基元变形过程中演化的能带特性, 构建了均质和梯度板梁夹层负刚度超结构。基于结构-声耦合有限元方法, 分析了负刚度超结构在不同组合序构方式和压载工况下的水下辐射噪声频谱特性。结果表明, 利用负刚度超材料的力学可重构特性可实现超结构波动性能的灵活调控, 梯度序构方式可拓宽隔声频带。研究可为发展轻量化的水下声隐身和声伪装功能结构提供理论与设计参考。
针对水下装备振动噪声控制与声隐身性能提升的迫切需求, 探索了利用力学可重构负刚度超材料实现水下功能结构声隐身性能主动调控的新途径。本文优化设计了两例具有力学重构前后能带结构变化差异的负刚度超材料基元, 系统分析了基元变形过程中演化的能带特性, 构建了均质和梯度板梁夹层负刚度超结构。基于结构-声耦合有限元方法, 分析了负刚度超结构在不同组合序构方式和压载工况下的水下辐射噪声频谱特性。结果表明, 利用负刚度超材料的力学可重构特性可实现超结构波动性能的灵活调控, 梯度序构方式可拓宽隔声频带。研究可为发展轻量化的水下声隐身和声伪装功能结构提供理论与设计参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0034
摘要:
水下航行器航行时, 推进器会产生明显的低频线谱辐射噪声。为了验证不同有源控制策略对线谱辐射噪声的控制效果, 首次在实际小型推进器上开展了辐射声场有源控制试验研究。搭建包含推进器、传感器、次级力源、次级声源及控制系统的水下试验平台, 分别进行有源噪声控制、有源振动控制以及有源声振复合控制试验。通过改变推进器工况, 测试不同控制策略对推进器水下辐射噪声的抑制效果。结果表明: 有源噪声控制对推进器低频线谱噪声抑制效果显著且稳定, 在高转速工况下效果最好; 有源振动控制效果具有局限性, 局部控制可能导致声场重构; 有源声振复合控制在部分工况下展现出协同控制潜力, 但需进一步优化控制策略与协同机制。研究成果为水下推进器辐射噪声有源控制的工程化提供了试验依据和技术支撑。
水下航行器航行时, 推进器会产生明显的低频线谱辐射噪声。为了验证不同有源控制策略对线谱辐射噪声的控制效果, 首次在实际小型推进器上开展了辐射声场有源控制试验研究。搭建包含推进器、传感器、次级力源、次级声源及控制系统的水下试验平台, 分别进行有源噪声控制、有源振动控制以及有源声振复合控制试验。通过改变推进器工况, 测试不同控制策略对推进器水下辐射噪声的抑制效果。结果表明: 有源噪声控制对推进器低频线谱噪声抑制效果显著且稳定, 在高转速工况下效果最好; 有源振动控制效果具有局限性, 局部控制可能导致声场重构; 有源声振复合控制在部分工况下展现出协同控制潜力, 但需进一步优化控制策略与协同机制。研究成果为水下推进器辐射噪声有源控制的工程化提供了试验依据和技术支撑。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0164
摘要:
在海洋保护与探索事业不断推进的背景下, 传统水下驱动装置存在结构复杂、运动效率偏低等固有缺陷, 而柔性材料凭借适配性强、安全性高及灵活性足的优势, 逐渐成为水下驱动领域的研究热点。文中依托电活性聚合物(EAP)能量密度高、机电耦合效率高的核心特性, 结合弹簧的挠曲变形与弹性恢复作用, 模拟鱼体-尾鳍(BCF)推进模式的收缩与放松动态变形过程, 提出一种新型仿生尾鳍的驱动装置, 并实现尾鳍肌肉的连续的顺应性变化。基于流体力学理论, 系统分析尾鳍运动学与推进力之间的耦合作用机制, 构建鱼类鳍条摆动的瞬时力学模型, 并融入实验数据进行求解。利用Fluent软件建立三维数值仿真模型, 通过动网格计算结果与力学模型预测结果的对比分析, 完成模型的有效性验证, 为新型仿生驱动机械鱼的设计开发提供了可靠的理论支撑与实验依据。
在海洋保护与探索事业不断推进的背景下, 传统水下驱动装置存在结构复杂、运动效率偏低等固有缺陷, 而柔性材料凭借适配性强、安全性高及灵活性足的优势, 逐渐成为水下驱动领域的研究热点。文中依托电活性聚合物(EAP)能量密度高、机电耦合效率高的核心特性, 结合弹簧的挠曲变形与弹性恢复作用, 模拟鱼体-尾鳍(BCF)推进模式的收缩与放松动态变形过程, 提出一种新型仿生尾鳍的驱动装置, 并实现尾鳍肌肉的连续的顺应性变化。基于流体力学理论, 系统分析尾鳍运动学与推进力之间的耦合作用机制, 构建鱼类鳍条摆动的瞬时力学模型, 并融入实验数据进行求解。利用Fluent软件建立三维数值仿真模型, 通过动网格计算结果与力学模型预测结果的对比分析, 完成模型的有效性验证, 为新型仿生驱动机械鱼的设计开发提供了可靠的理论支撑与实验依据。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0033
摘要:
本文提出了一种基于贝叶斯的稀疏网格修正方法, 旨在解决大尺度稀疏网格下有限元模型因网格尺寸与湍流边界层压力空间相关尺度不匹配, 而造成的流激噪声预测精度下降问题。以 DARPA SUBOFF 5470 潜艇模型为研究对象, 采用数值仿真方法探究了其在潜艇模型附体远场声辐射预测中的适用性。研究基于 Corcos 自谱与归一化互功率谱密度函数计算模型, 通过虚拟网格细化补偿低频湍流脉动压力的空间相关特征; 并结合工程特性与运动环境, 提取脉动压力影响因素的关联性, 最终构建了流激噪声激励力的贝叶斯网络模型。数值研究中采用增壁面解析 LES(WRLES-Wall-Resolved LES) 结合Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H) 声类比方法, 通过修正后仿真计算得到的流激噪声与精细化网格流固耦合仿真计算结果, 及附体 SUBOFF 5470 构型与无附体模型在声学特性上进行对比, 仿真实验对比证明贝叶斯稀疏网格修正方法能弥补因网格尺度与湍流相关尺度不匹配引起的预测偏差, 验证该方法的合理性与适用性。
本文提出了一种基于贝叶斯的稀疏网格修正方法, 旨在解决大尺度稀疏网格下有限元模型因网格尺寸与湍流边界层压力空间相关尺度不匹配, 而造成的流激噪声预测精度下降问题。以 DARPA SUBOFF 5470 潜艇模型为研究对象, 采用数值仿真方法探究了其在潜艇模型附体远场声辐射预测中的适用性。研究基于 Corcos 自谱与归一化互功率谱密度函数计算模型, 通过虚拟网格细化补偿低频湍流脉动压力的空间相关特征; 并结合工程特性与运动环境, 提取脉动压力影响因素的关联性, 最终构建了流激噪声激励力的贝叶斯网络模型。数值研究中采用增壁面解析 LES(WRLES-Wall-Resolved LES) 结合Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H) 声类比方法, 通过修正后仿真计算得到的流激噪声与精细化网格流固耦合仿真计算结果, 及附体 SUBOFF 5470 构型与无附体模型在声学特性上进行对比, 仿真实验对比证明贝叶斯稀疏网格修正方法能弥补因网格尺度与湍流相关尺度不匹配引起的预测偏差, 验证该方法的合理性与适用性。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0108
摘要:
随着水下航行器技术的发展, 其弹射分离装置被提出体积小、质量轻、低扰动、低噪声的更高设计要求。文中针对活塞式弹射火工喷管装置的关键技术展开了系统性研究, 通过原理分析阐明了装置的工作原理及弹射体抛射的工作流程, 基于零维内弹道模型对燃烧室的压力-时间特性进行了数值仿真计算, 采用FLUENT软件对拉瓦尔喷管流场进行了二维定常数值仿真, 并通过陆上和水下抛射试验对设计方案进行了验证。研究结果表明, 采用收敛-扩张型拉瓦尔喷管的设计方案, 能显著提高能量转换效率, 有效减少装置体积、降低推进剂装药量, 从而提升系统安全性。文中通过将拉瓦尔喷管创新性地应用于活塞式弹射火工装置, 成功解决了传统水下弹射技术中能量损失大、系统体积大、安全性不足的关键问题, 为水下弹射装置的优化设计及多平台应用提供了理论依据和技术参考。
随着水下航行器技术的发展, 其弹射分离装置被提出体积小、质量轻、低扰动、低噪声的更高设计要求。文中针对活塞式弹射火工喷管装置的关键技术展开了系统性研究, 通过原理分析阐明了装置的工作原理及弹射体抛射的工作流程, 基于零维内弹道模型对燃烧室的压力-时间特性进行了数值仿真计算, 采用FLUENT软件对拉瓦尔喷管流场进行了二维定常数值仿真, 并通过陆上和水下抛射试验对设计方案进行了验证。研究结果表明, 采用收敛-扩张型拉瓦尔喷管的设计方案, 能显著提高能量转换效率, 有效减少装置体积、降低推进剂装药量, 从而提升系统安全性。文中通过将拉瓦尔喷管创新性地应用于活塞式弹射火工装置, 成功解决了传统水下弹射技术中能量损失大、系统体积大、安全性不足的关键问题, 为水下弹射装置的优化设计及多平台应用提供了理论依据和技术参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0024
摘要:
工况传递路径分析(OTPA)通过不同工况下的响应数据, 实现对振动噪声的分解和预测, 因此广泛应用于各类工程领域中。但振动噪声的响应数据不可避免包含误差, 严重影响OTPA的准确性。为减小误差的影响及提高传递率函数矩阵的准确性, 采用总体最小二乘法来估计传递率函数矩阵, 再进行OTPA。相较传统方法, 总体最小二乘法同时考虑了目标点与指示点数据的误差。在数值模型与测试模型中开OTPA, 分别应用最小二乘模型和总体最小二乘模型获取各路经贡献量。仿真结果显示总体最小二乘法识别的贡献量与经典传递路径分析贡献量吻合度更高, 表明相比正则化最小二乘法, 总体最小二乘法在OTPA中适用性更好, 有效提高了OTPA的准确度。
工况传递路径分析(OTPA)通过不同工况下的响应数据, 实现对振动噪声的分解和预测, 因此广泛应用于各类工程领域中。但振动噪声的响应数据不可避免包含误差, 严重影响OTPA的准确性。为减小误差的影响及提高传递率函数矩阵的准确性, 采用总体最小二乘法来估计传递率函数矩阵, 再进行OTPA。相较传统方法, 总体最小二乘法同时考虑了目标点与指示点数据的误差。在数值模型与测试模型中开OTPA, 分别应用最小二乘模型和总体最小二乘模型获取各路经贡献量。仿真结果显示总体最小二乘法识别的贡献量与经典传递路径分析贡献量吻合度更高, 表明相比正则化最小二乘法, 总体最小二乘法在OTPA中适用性更好, 有效提高了OTPA的准确度。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0141
摘要:
环形螺旋桨因其在推进效率与噪声控制方面的潜力而成为研究前沿, 其中仿生学原理为噪声抑制提供了新颖的技术路径。然而, 仿生改性在水下螺旋桨领域的应用研究仍相对缺乏。为此, 文中研究旨在探究仿生锯齿结构对环形螺旋桨水动力噪声的影响机理。受猫头鹰翼缘锯齿的声学特性启发, 依据环形螺旋桨参数化建模方法, 设计了具有后缘锯齿特征的仿生变体。基于计算流体动力学(CFD)与FW-H声类比理论, 系统性分析了不同锯齿尺寸下的螺旋桨流场特性及非空化噪声声场变化规律。研究结果表明: 仿生结构对螺旋桨的宽带噪声分量具有调制作用, 在径向观测平面内可实现0.3~1.5 dB的降噪量; 在桨叶叶尖与中段后方区域, 降噪效果显著依赖于锯齿尺寸与工作转速, 即高转速下噪声幅值有效降低, 而低转速下特定区域噪声反而略有增加。文中研究阐明了仿生锯齿参数对噪声的影响规律, 为低噪声水下推进器的仿生设计提供了理论依据与优化方向。
环形螺旋桨因其在推进效率与噪声控制方面的潜力而成为研究前沿, 其中仿生学原理为噪声抑制提供了新颖的技术路径。然而, 仿生改性在水下螺旋桨领域的应用研究仍相对缺乏。为此, 文中研究旨在探究仿生锯齿结构对环形螺旋桨水动力噪声的影响机理。受猫头鹰翼缘锯齿的声学特性启发, 依据环形螺旋桨参数化建模方法, 设计了具有后缘锯齿特征的仿生变体。基于计算流体动力学(CFD)与FW-H声类比理论, 系统性分析了不同锯齿尺寸下的螺旋桨流场特性及非空化噪声声场变化规律。研究结果表明: 仿生结构对螺旋桨的宽带噪声分量具有调制作用, 在径向观测平面内可实现0.3~1.5 dB的降噪量; 在桨叶叶尖与中段后方区域, 降噪效果显著依赖于锯齿尺寸与工作转速, 即高转速下噪声幅值有效降低, 而低转速下特定区域噪声反而略有增加。文中研究阐明了仿生锯齿参数对噪声的影响规律, 为低噪声水下推进器的仿生设计提供了理论依据与优化方向。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0018
摘要:
动力舱段结构振动噪声严重影响了水下航行器的声隐身性能, 利用隔振技术减小或隔离振动传递是降低结构振动噪声的有效途径, 然而传统线性隔振技术难以实现低频减振降噪。对此, 文中提出在激励源与弹性结构之间, 利用准零刚度隔振方法减小设备振动的传递, 进而降低水下结构振动辐射噪声。以准零刚度隔振器耦合简支板为研究对象, 考虑互耦合效应的辐射声阻抗矩阵, 建立并求解振声耦合方程, 进而通过有限元仿真验证理论模型的准确性。研究结果表明, 相较于线性隔振系统, 准零刚度隔振系统显著降低了起始隔振频率, 提升了低频隔振效率。同时, 准零刚度的引入使得系统共振频率远低于简支板高辐射效率的体积控制模态, 频域失配机制从源头上有效阻断了振动能量向辐射声能的转化, 在 10.6 Hz 以上的全频段内将辐射声功率降低了 15 dB, 解决了水下结构低频减振降噪问题, 为水下航行器动力舱段的声隐身设计提供了理论参考。
动力舱段结构振动噪声严重影响了水下航行器的声隐身性能, 利用隔振技术减小或隔离振动传递是降低结构振动噪声的有效途径, 然而传统线性隔振技术难以实现低频减振降噪。对此, 文中提出在激励源与弹性结构之间, 利用准零刚度隔振方法减小设备振动的传递, 进而降低水下结构振动辐射噪声。以准零刚度隔振器耦合简支板为研究对象, 考虑互耦合效应的辐射声阻抗矩阵, 建立并求解振声耦合方程, 进而通过有限元仿真验证理论模型的准确性。研究结果表明, 相较于线性隔振系统, 准零刚度隔振系统显著降低了起始隔振频率, 提升了低频隔振效率。同时, 准零刚度的引入使得系统共振频率远低于简支板高辐射效率的体积控制模态, 频域失配机制从源头上有效阻断了振动能量向辐射声能的转化, 在 10.6 Hz 以上的全频段内将辐射声功率降低了 15 dB, 解决了水下结构低频减振降噪问题, 为水下航行器动力舱段的声隐身设计提供了理论参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0027
摘要:
现有研究多针对水下复合材料壳体振声响应的确定性分析, 但实际工程中结构参数、材料属性以及重流体参数等均具有不确定性。为此, 文中提出一种基于区间分析与代理模型的高效预测方法, 适用于重流体环境下阶梯结构的不确定性振声响应分析。文中研究对象为浸没于无限域重流体中的复合层合阶梯圆柱壳, 基于一阶剪切变形理论、能量法和基尔霍夫-亥姆霍兹积分构建振声耦合分析模型, 引入区间分析法描述参数波动, 采用Kriging代理模型替代高耗时边界元运算, 研究了各不确定性参数对复合层合阶梯圆柱壳声压级响应的影响, 在此基础上分析了影响较为明显的不确定性参数数值变化时响应曲线的偏移现象。结果表明, 多源不确定性导致显著的频率偏移与响应波动区间拓宽。该方法填补了重流体环境下复杂阶梯结构不确定性振声分析的空白, 实现了计算精度与效率的最优平衡。
现有研究多针对水下复合材料壳体振声响应的确定性分析, 但实际工程中结构参数、材料属性以及重流体参数等均具有不确定性。为此, 文中提出一种基于区间分析与代理模型的高效预测方法, 适用于重流体环境下阶梯结构的不确定性振声响应分析。文中研究对象为浸没于无限域重流体中的复合层合阶梯圆柱壳, 基于一阶剪切变形理论、能量法和基尔霍夫-亥姆霍兹积分构建振声耦合分析模型, 引入区间分析法描述参数波动, 采用Kriging代理模型替代高耗时边界元运算, 研究了各不确定性参数对复合层合阶梯圆柱壳声压级响应的影响, 在此基础上分析了影响较为明显的不确定性参数数值变化时响应曲线的偏移现象。结果表明, 多源不确定性导致显著的频率偏移与响应波动区间拓宽。该方法填补了重流体环境下复杂阶梯结构不确定性振声分析的空白, 实现了计算精度与效率的最优平衡。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0155
摘要:
针对水下滑翔机(UG)等水下无人系统续航受限的问题, 提出并实验验证了一种基于过冷相变材料(EPCM)与热电模块(TEM)耦合的海洋温差发电系统。该系统利用 EPCM 在下潜过程中保持过冷液态、在低温海水环境中自发结晶释放潜热的特性, 在 TEM 冷、热端之间建立稳定温差, 实现海洋温差能向电能的直接转换。制备了三种不同配比、质量为 2.5 kg 的 EPCM, 并在模拟海表-深海温度环境下测试其过冷稳定性和发电性能。结果表明, 98% 六水氯化钙(CCH)+2% PEG200 的 EPCM过冷和释放潜热行为更稳定, 在深海工况下最大开路电压为 15.2 V、最大短路电流为 43.06 mA, 单次发电持续约2640 s, 输出电能为 518.09 J; 在完整下潜–上浮剖面中累计输出电能达 821.44 J, 对应系统体积能量密度为 547.63 kJ·m−3。研究结果表明, 该系统可在单个潜浮剖面内实现稳定能量输出, 具有良好的工程应用潜力。
针对水下滑翔机(UG)等水下无人系统续航受限的问题, 提出并实验验证了一种基于过冷相变材料(EPCM)与热电模块(TEM)耦合的海洋温差发电系统。该系统利用 EPCM 在下潜过程中保持过冷液态、在低温海水环境中自发结晶释放潜热的特性, 在 TEM 冷、热端之间建立稳定温差, 实现海洋温差能向电能的直接转换。制备了三种不同配比、质量为 2.5 kg 的 EPCM, 并在模拟海表-深海温度环境下测试其过冷稳定性和发电性能。结果表明, 98% 六水氯化钙(CCH)+2% PEG200 的 EPCM过冷和释放潜热行为更稳定, 在深海工况下最大开路电压为 15.2 V、最大短路电流为 43.06 mA, 单次发电持续约
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2026-0005
摘要:
永磁一体化离心泵因结构设计需求, 叶轮前盖板采用锥形旋转圆盘, 但在运行过程中, 相较于平面圆盘, 锥形圆盘会使流阻增大、功耗升高。为揭示离心泵叶轮锥形前盖板区域的流动损失并探索减阻优化途径, 在封闭流场条件和优化动静间隙的基础上, 结合等尺寸肋条减阻原理提出了渐变肋条减阻结构。研究分析了渐变肋条减阻结构的减阻效应, 并与光滑平面圆盘和等尺寸肋条圆盘进行了对比分析。结果表明: 渐变肋条通过沿径向调整其几何尺寸, 能更有效地重构近壁区流动结构, 改变流线形态与速度分布, 从而优化壁面剪切力场, 实现对流动分离与湍流耗散的有效调控; 对于给定锥角旋转圆盘, 通过在锥面布置渐变形肋条可使其阻力扭矩低于光滑平面圆盘和等尺寸肋条圆盘, 其在额定转速下相对目前离心泵叶轮盖板常规采用的光滑平面圆盘扭矩系数下降9.9%, 相对于等尺寸肋条锥形圆盘扭矩系数下降2.31%。文中研究可为离心泵叶轮的低阻力设计与性能提升提供理论参考。
永磁一体化离心泵因结构设计需求, 叶轮前盖板采用锥形旋转圆盘, 但在运行过程中, 相较于平面圆盘, 锥形圆盘会使流阻增大、功耗升高。为揭示离心泵叶轮锥形前盖板区域的流动损失并探索减阻优化途径, 在封闭流场条件和优化动静间隙的基础上, 结合等尺寸肋条减阻原理提出了渐变肋条减阻结构。研究分析了渐变肋条减阻结构的减阻效应, 并与光滑平面圆盘和等尺寸肋条圆盘进行了对比分析。结果表明: 渐变肋条通过沿径向调整其几何尺寸, 能更有效地重构近壁区流动结构, 改变流线形态与速度分布, 从而优化壁面剪切力场, 实现对流动分离与湍流耗散的有效调控; 对于给定锥角旋转圆盘, 通过在锥面布置渐变形肋条可使其阻力扭矩低于光滑平面圆盘和等尺寸肋条圆盘, 其在额定转速下相对目前离心泵叶轮盖板常规采用的光滑平面圆盘扭矩系数下降9.9%, 相对于等尺寸肋条锥形圆盘扭矩系数下降2.31%。文中研究可为离心泵叶轮的低阻力设计与性能提升提供理论参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0121
摘要:
静水阻力拖曳试验是评估水陆两栖车水动力性能的重要手段, 然而, 当前尚未有研究针对水陆两栖车航行阻力的静水拖曳试验流程及机理的系统性研究。文中以某型水陆两栖车为试验对象, 基于其几何参数和设定的试验工况, 依托船模拖曳水池试验装置制定了规范化的试验步骤, 定量表征了不同拖曳速度和不同尾翼板安装角度下的流体动力性能。结合试验观测现象和数据集, 重点分析了航速与尾翼板安装角度变化对航行阻力特性、升沉运动响应及纵倾姿态的影响规律, 为水陆两栖车水动力优化提供了试验依据和参考。
静水阻力拖曳试验是评估水陆两栖车水动力性能的重要手段, 然而, 当前尚未有研究针对水陆两栖车航行阻力的静水拖曳试验流程及机理的系统性研究。文中以某型水陆两栖车为试验对象, 基于其几何参数和设定的试验工况, 依托船模拖曳水池试验装置制定了规范化的试验步骤, 定量表征了不同拖曳速度和不同尾翼板安装角度下的流体动力性能。结合试验观测现象和数据集, 重点分析了航速与尾翼板安装角度变化对航行阻力特性、升沉运动响应及纵倾姿态的影响规律, 为水陆两栖车水动力优化提供了试验依据和参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0158
摘要:
针对船舶工程中厚壁充液加压管道的轴向流固耦合振动问题, 开展理论推导及频域求解研究。通过与文献算例对比验证所建立的计算方法的可靠性, 利用有限元计算及轴向流体压力波波速分析, 探讨厚壁理论与薄壁理论的适用性, 并以直管和拼接组合管为研究对象, 分析流速、内部静压对管道振动噪声传递的影响规律。计算结果表明, 厚壁理论用于计算厚径比大于0.5的管道振动响应时更为精确; 轴向流体压力波波速主要受管道材料、管道截面厚径比及长径比影响; 管内压力主要影响横向振动, 尤其作用于低阶频率, 会增强振动传递效应。
针对船舶工程中厚壁充液加压管道的轴向流固耦合振动问题, 开展理论推导及频域求解研究。通过与文献算例对比验证所建立的计算方法的可靠性, 利用有限元计算及轴向流体压力波波速分析, 探讨厚壁理论与薄壁理论的适用性, 并以直管和拼接组合管为研究对象, 分析流速、内部静压对管道振动噪声传递的影响规律。计算结果表明, 厚壁理论用于计算厚径比大于0.5的管道振动响应时更为精确; 轴向流体压力波波速主要受管道材料、管道截面厚径比及长径比影响; 管内压力主要影响横向振动, 尤其作用于低阶频率, 会增强振动传递效应。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0122
摘要:
随着水下探测技术的发展, 多波束测深声呐(MBES)以其高效测量和高分辨率成为水下地形扫描的关键工具。然而, 在复杂动态水域中, 如何利用声呐数据构建高精度地图仍是一大挑战。针对传统FastSLAM算法在动态环境中易发生粒子退化的问题, 提出了一种基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的FastSLAM优化方法, 通过在粒子滤波过程中引入EKF作为建议分布, 有效融合最新观测信息, 减轻粒子退化, 提高滤波器的稳定性和精度。同时, 针对水下测量数据稀疏和重叠不足的情况, 引入高斯过程回归(GPR)进行非线性建模与地图外推, 弥补多波束声呐建图的稀疏性。仿真结果表明, EKF-FastSLAM相较于标准FastSLAM显著减少了轨迹误差, 结合GPR的优化算法进一步提升了地图精度, 湖试试验中实现了米级建图精度。
随着水下探测技术的发展, 多波束测深声呐(MBES)以其高效测量和高分辨率成为水下地形扫描的关键工具。然而, 在复杂动态水域中, 如何利用声呐数据构建高精度地图仍是一大挑战。针对传统FastSLAM算法在动态环境中易发生粒子退化的问题, 提出了一种基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的FastSLAM优化方法, 通过在粒子滤波过程中引入EKF作为建议分布, 有效融合最新观测信息, 减轻粒子退化, 提高滤波器的稳定性和精度。同时, 针对水下测量数据稀疏和重叠不足的情况, 引入高斯过程回归(GPR)进行非线性建模与地图外推, 弥补多波束声呐建图的稀疏性。仿真结果表明, EKF-FastSLAM相较于标准FastSLAM显著减少了轨迹误差, 结合GPR的优化算法进一步提升了地图精度, 湖试试验中实现了米级建图精度。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0154
摘要:
自主水下航行器(AUV)执行军事任务时, 高效、安全的动态避障能力至关重要。针对传统强化学习方法在AUV避障训练中存在碰撞风险高和收敛速度慢的缺陷, 提出了一种融合改进速度障碍(VO)法与近端策略优化(PPO)的AUV动态避障算法(VO-PPO)。该算法在传统VO框架中引入安全裕度和时间窗口机制, 提升了避障决策的安全性和高效性; 同时, 通过构建“离散检查-连续执行”的安全动作掩码, 将几何安全约束嵌入策略优化过程, 并结合状态空间解耦与多目标奖励设计, 引导策略兼顾安全性、效率和轨迹平滑性。仿真实验结果表明, 相比传统速度障碍法, VO-PPO能够生成更符合AUV运动特性的平滑避障路径; 相比基线PPO算法, 其避障成功率提高53%, 训练收敛速度加快67.5%, 累积奖励提高56.7%, 有效缓解了高碰撞风险和收敛缓慢的问题。
自主水下航行器(AUV)执行军事任务时, 高效、安全的动态避障能力至关重要。针对传统强化学习方法在AUV避障训练中存在碰撞风险高和收敛速度慢的缺陷, 提出了一种融合改进速度障碍(VO)法与近端策略优化(PPO)的AUV动态避障算法(VO-PPO)。该算法在传统VO框架中引入安全裕度和时间窗口机制, 提升了避障决策的安全性和高效性; 同时, 通过构建“离散检查-连续执行”的安全动作掩码, 将几何安全约束嵌入策略优化过程, 并结合状态空间解耦与多目标奖励设计, 引导策略兼顾安全性、效率和轨迹平滑性。仿真实验结果表明, 相比传统速度障碍法, VO-PPO能够生成更符合AUV运动特性的平滑避障路径; 相比基线PPO算法, 其避障成功率提高53%, 训练收敛速度加快67.5%, 累积奖励提高56.7%, 有效缓解了高碰撞风险和收敛缓慢的问题。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0149
摘要:
针对传统海洋温盐预测方法动态更新能力弱、不确定性量化依赖分布假设、数据同化与预测模型割裂的问题, 聚焦单点月平均温盐时间序列的实时预测任务, 构建兼顾精度、动态适应性与工程实用性的轻量化预测框架。文中集成并改进了经典的时间序列预测、不确定性估计与数据同化方法, 提出融合Holt二次指数平滑、Bootstrap置信区间与动态膨胀集合卡尔曼滤波(DI-EnKF)的预测框架, 即通过Holt模型分解温盐序列并优化参数, 利用Bootstrap量化预测不确定性, 并结合DI-EnKF同化实时观测数据修正误差, 形成“预测-同化”闭环。该框架在全球Argo温盐数据测试中, 温度预测精度显著优于差分自回归移动平均-长短期记忆网络(ARIMA-LSTM)、ARIMA-反向传播神经网络(ARIMA-BP)等混合模型, 盐度预测精度接近最优对比模型。
针对传统海洋温盐预测方法动态更新能力弱、不确定性量化依赖分布假设、数据同化与预测模型割裂的问题, 聚焦单点月平均温盐时间序列的实时预测任务, 构建兼顾精度、动态适应性与工程实用性的轻量化预测框架。文中集成并改进了经典的时间序列预测、不确定性估计与数据同化方法, 提出融合Holt二次指数平滑、Bootstrap置信区间与动态膨胀集合卡尔曼滤波(DI-EnKF)的预测框架, 即通过Holt模型分解温盐序列并优化参数, 利用Bootstrap量化预测不确定性, 并结合DI-EnKF同化实时观测数据修正误差, 形成“预测-同化”闭环。该框架在全球Argo温盐数据测试中, 温度预测精度显著优于差分自回归移动平均-长短期记忆网络(ARIMA-LSTM)、ARIMA-反向传播神经网络(ARIMA-BP)等混合模型, 盐度预测精度接近最优对比模型。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0134
摘要:
海洋电磁探测技术性能明显受海洋电磁环境噪声影响, 而在地磁场里, 由海浪运动产生的感应磁场是这个环境中的核心噪声源之一, 为更深入的探究海浪感应磁场的形成机理、分布特性及其分布规律, 文中采用Pierson-Moskowit海浪谱结合Weaver电磁理论体系, 采用蒙特卡洛随机抽样方法仿真二维海面在不同风速下的动态特征, 采用麦克斯韦方程组实现海浪感应磁场的公式化表达, 模拟不同风速场景下感应磁场的三维空间分布及频谱特性。仿真结果表明: 当风速持续上升, 波浪从低幅未发育阶段持续过渡到复杂成熟的充分发展状态; 风速的持续上升, 磁感应强度与海浪呈正相关增强; 感应磁场在频谱上显示窄带集中特性, 伴随风速的持续增长, 优势频率往低频域漂移, 主频附近出现能量汇聚现象, 在低于主频的低频段, 磁场强度随频率升高近似线性增长; 而在高于主频的高频段, 其强度则随频率升高呈指数衰减趋势。研究结果可为海洋电磁探测领域的噪声建模与信号提取给予理论及仿真参考。
海洋电磁探测技术性能明显受海洋电磁环境噪声影响, 而在地磁场里, 由海浪运动产生的感应磁场是这个环境中的核心噪声源之一, 为更深入的探究海浪感应磁场的形成机理、分布特性及其分布规律, 文中采用Pierson-Moskowit海浪谱结合Weaver电磁理论体系, 采用蒙特卡洛随机抽样方法仿真二维海面在不同风速下的动态特征, 采用麦克斯韦方程组实现海浪感应磁场的公式化表达, 模拟不同风速场景下感应磁场的三维空间分布及频谱特性。仿真结果表明: 当风速持续上升, 波浪从低幅未发育阶段持续过渡到复杂成熟的充分发展状态; 风速的持续上升, 磁感应强度与海浪呈正相关增强; 感应磁场在频谱上显示窄带集中特性, 伴随风速的持续增长, 优势频率往低频域漂移, 主频附近出现能量汇聚现象, 在低于主频的低频段, 磁场强度随频率升高近似线性增长; 而在高于主频的高频段, 其强度则随频率升高呈指数衰减趋势。研究结果可为海洋电磁探测领域的噪声建模与信号提取给予理论及仿真参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0161
摘要:
为研究轴-双层壳结构的传递特性, 基于HyperMesh-ANSYS构建流固耦合有限元模型, 模拟 “轴激励-轴承传递-壳体与液体耦合”全流程动力学行为。研究分析了舷间液密度、轴承刚度及壳体内外流体对振动传递的影响。结果表明: 舷间液通过附加质量效应降低系统共振频率, 并通过流固耦合增强声压级; 轴承刚度增加抑制轴振动, 激发壳体高频共振; 在低频段, 舷间液的强连续性增强双壳体之间振动传递, 而高频段附加质量和阻尼效应阻挡振动传递。文中研究揭示了“轴-锥柱双层壳”模型的振动传递影响, 为水下航行器声振提供了理论支撑。
为研究轴-双层壳结构的传递特性, 基于HyperMesh-ANSYS构建流固耦合有限元模型, 模拟 “轴激励-轴承传递-壳体与液体耦合”全流程动力学行为。研究分析了舷间液密度、轴承刚度及壳体内外流体对振动传递的影响。结果表明: 舷间液通过附加质量效应降低系统共振频率, 并通过流固耦合增强声压级; 轴承刚度增加抑制轴振动, 激发壳体高频共振; 在低频段, 舷间液的强连续性增强双壳体之间振动传递, 而高频段附加质量和阻尼效应阻挡振动传递。文中研究揭示了“轴-锥柱双层壳”模型的振动传递影响, 为水下航行器声振提供了理论支撑。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2025-0133
摘要:
潜艇的最大威胁在于其隐蔽性, 随着近年来潜艇降噪技术的发展及电子对抗烈度的增强, 提升潜艇探测的手段与能力日益迫切。文中综述了潜艇噪声、磁场、尾流、重力场等工作特性和典型作战模式, 阐述了不同探潜平台、探测方式的优势和不足, 归纳了声学探测、磁异探测等方法的发展现状和国外典型型号; 从抗干扰能力、实时数据处理及信息融合、无人系统协同及自主决策等方面分析了潜艇探测的关键技术, 分析表明新质探测手段与多源信息融合相结合可有效提升探测能力, 而无人系统协同、自主决策等能力的发展可能成为探潜模式转变的突破口, 可为未来潜艇探测领域的发展攻关提供一定的参考。
潜艇的最大威胁在于其隐蔽性, 随着近年来潜艇降噪技术的发展及电子对抗烈度的增强, 提升潜艇探测的手段与能力日益迫切。文中综述了潜艇噪声、磁场、尾流、重力场等工作特性和典型作战模式, 阐述了不同探潜平台、探测方式的优势和不足, 归纳了声学探测、磁异探测等方法的发展现状和国外典型型号; 从抗干扰能力、实时数据处理及信息融合、无人系统协同及自主决策等方面分析了潜艇探测的关键技术, 分析表明新质探测手段与多源信息融合相结合可有效提升探测能力, 而无人系统协同、自主决策等能力的发展可能成为探潜模式转变的突破口, 可为未来潜艇探测领域的发展攻关提供一定的参考。
