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, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0064
摘要:
水下无人系统作为一个有机的整体, 其集成化程度越高、结构越复杂, 出现故障的可能性就越大, 由此带来的风险及损失也会越大。故障诊断和预测技术在提升水下无人系统可靠性与安全性方面具有重要意义。本文对国内外故障诊断与故障预测方法研究现状进行调研, 概述了故障诊断和预测技术在水下无人系统领域的应用。
水下无人系统作为一个有机的整体, 其集成化程度越高、结构越复杂, 出现故障的可能性就越大, 由此带来的风险及损失也会越大。故障诊断和预测技术在提升水下无人系统可靠性与安全性方面具有重要意义。本文对国内外故障诊断与故障预测方法研究现状进行调研, 概述了故障诊断和预测技术在水下无人系统领域的应用。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0060
摘要:
近年来跨介质装备受到船舶与海洋、航空航天以及兵器等领域的高度重视, 与跨介质飞行器及无人系统相关的总体方案、关键技术、研究方法以及使用效能等成为研究热点。文章阐述了跨介质动力学及无人系统相关研究背景, 综述了航行体入水砰击、航行体出入水流固耦合、跨介质仿生、跨介质动力与推进、新质跨介质装备、跨介质动力学试验与仿真技术等方面的最新研究成果和研究进展, 并展望了跨介质飞行器发展需要解决的若干前沿关键技术。
近年来跨介质装备受到船舶与海洋、航空航天以及兵器等领域的高度重视, 与跨介质飞行器及无人系统相关的总体方案、关键技术、研究方法以及使用效能等成为研究热点。文章阐述了跨介质动力学及无人系统相关研究背景, 综述了航行体入水砰击、航行体出入水流固耦合、跨介质仿生、跨介质动力与推进、新质跨介质装备、跨介质动力学试验与仿真技术等方面的最新研究成果和研究进展, 并展望了跨介质飞行器发展需要解决的若干前沿关键技术。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0028
摘要:
跨介质回转体武器在对水下目标发动攻击时, 都要经历一个从空中弹道转变为水下弹道的跨介质入水过程, 这是一个时间极短的瞬态流动过程, 涉及到运动物体与气相和液相的复杂多相流动。文中基于雷诺时均方程, 并考虑自然空化现象的多相流模型, 建立了入水空泡动力学数值模型, 并研究了回转体垂直入水过程运动特性和流体动力的影响规律。通过数值仿真结果与文献中试验结果对比, 验证了模型和数值方法的有效性。结果表明, 不同头型回转体入水后的空泡特征与运动速度规律有很大的差异, 同时可知其相应瞬态阻力系数也表现出很大差异; 在空泡闭合前, 体现出明显的回射流效应, 并影响空泡形态与回转体阻力的变化; 回转体的入水速度对空泡尺寸和冲击载荷具有非常直接的影响, 入水速度较低时回转体速度衰减相对更快, 阻力系数相对更大。
跨介质回转体武器在对水下目标发动攻击时, 都要经历一个从空中弹道转变为水下弹道的跨介质入水过程, 这是一个时间极短的瞬态流动过程, 涉及到运动物体与气相和液相的复杂多相流动。文中基于雷诺时均方程, 并考虑自然空化现象的多相流模型, 建立了入水空泡动力学数值模型, 并研究了回转体垂直入水过程运动特性和流体动力的影响规律。通过数值仿真结果与文献中试验结果对比, 验证了模型和数值方法的有效性。结果表明, 不同头型回转体入水后的空泡特征与运动速度规律有很大的差异, 同时可知其相应瞬态阻力系数也表现出很大差异; 在空泡闭合前, 体现出明显的回射流效应, 并影响空泡形态与回转体阻力的变化; 回转体的入水速度对空泡尺寸和冲击载荷具有非常直接的影响, 入水速度较低时回转体速度衰减相对更快, 阻力系数相对更大。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0166
摘要:
近年来, 随着以美国为首的西方国家将战略重点由远洋转向近海, 近海的浅水水域成为各国的攻防重点, 配合着有人与无人协同的分布式作战背景, 水下特种作战平台开始扮演着愈发重要的角色。文中以美国2024财年最新的国防科研和采购预算为基础, 重点论述了水下系统项目中湿式蛙人输送艇(SDV)、干式蛙人输送艇(DCS)、干式甲板换乘仓(DDS)、作战潜水装备(CBDIV)、水下舟艇任务装备(UCME)及小型水下无人航行器(SUUV)等水下特战装备的发展现状和研究趋势, 旨在为今后的水下特种装备研究提供有益参考。
近年来, 随着以美国为首的西方国家将战略重点由远洋转向近海, 近海的浅水水域成为各国的攻防重点, 配合着有人与无人协同的分布式作战背景, 水下特种作战平台开始扮演着愈发重要的角色。文中以美国2024财年最新的国防科研和采购预算为基础, 重点论述了水下系统项目中湿式蛙人输送艇(SDV)、干式蛙人输送艇(DCS)、干式甲板换乘仓(DDS)、作战潜水装备(CBDIV)、水下舟艇任务装备(UCME)及小型水下无人航行器(SUUV)等水下特战装备的发展现状和研究趋势, 旨在为今后的水下特种装备研究提供有益参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0059
摘要:
为揭示自然空化尾空泡内超声速流场的演化规律与空泡内部的流场结构, 文中基于VOF多相流模型, 对自然空化尾空泡内超声速射流流场展开研究, 分析了空泡内超声速射流流场的演化规律, 对比了不同空化数以及不同来流攻角下的空泡内部流场参数的分布, 得出如下结论: 自然空化尾空泡在超声速射流入射后, 空泡形态较稳定, 其演化主要集中在空泡尾部闭合处; 空泡内超声速射流流场发展主要受回射流影响, 无来流攻角时受回射流冲击, 射流轴向发展受抑, 轴向射流出现“回缩”现象; 有来流攻角时, 回射流位置发生偏移, 其剪切卷吸作用占主导, 射流轴向发展迅速; 航行体姿态的稳定性主要受来流冲击和表面高压区分布的影响, 空化数较小时, 增大来流攻角可大幅度增加航行体俯仰力矩。
为揭示自然空化尾空泡内超声速流场的演化规律与空泡内部的流场结构, 文中基于VOF多相流模型, 对自然空化尾空泡内超声速射流流场展开研究, 分析了空泡内超声速射流流场的演化规律, 对比了不同空化数以及不同来流攻角下的空泡内部流场参数的分布, 得出如下结论: 自然空化尾空泡在超声速射流入射后, 空泡形态较稳定, 其演化主要集中在空泡尾部闭合处; 空泡内超声速射流流场发展主要受回射流影响, 无来流攻角时受回射流冲击, 射流轴向发展受抑, 轴向射流出现“回缩”现象; 有来流攻角时, 回射流位置发生偏移, 其剪切卷吸作用占主导, 射流轴向发展迅速; 航行体姿态的稳定性主要受来流冲击和表面高压区分布的影响, 空化数较小时, 增大来流攻角可大幅度增加航行体俯仰力矩。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0015
摘要:
随着海洋和空中作业的日益增多, 海空跨域网络成为了实现有效通信的关键技术。这类网络由水下子网和水上子网构成, 为了充分利用资源, 多种不同的应用程序将共享相同的物理设施。在这种场景下, 不同的数据包共存于同一网络中, 需要差异化的传送策略来满足应用需求。然而, 现有的路由协议往往无法根据应用需求来提供个性化的服务, 针对该问题, 文中提出了一种面向任务的海空跨域网络路由协议, 协议根据任务类型的不同调整转发因子的计算方式, 进而根据为特定的任务类型选择最合适的下一跳节点。此外, 文中还在协议栈中增加了预处理层来完成异构网络之间的通信。文中使用NS3(Network Simulator 3)进行了仿真, 仿真结果表明, 与其他典型的协议相比, 文中所提的协议总是能根据任务的特定需求实现最优的传输策略。
随着海洋和空中作业的日益增多, 海空跨域网络成为了实现有效通信的关键技术。这类网络由水下子网和水上子网构成, 为了充分利用资源, 多种不同的应用程序将共享相同的物理设施。在这种场景下, 不同的数据包共存于同一网络中, 需要差异化的传送策略来满足应用需求。然而, 现有的路由协议往往无法根据应用需求来提供个性化的服务, 针对该问题, 文中提出了一种面向任务的海空跨域网络路由协议, 协议根据任务类型的不同调整转发因子的计算方式, 进而根据为特定的任务类型选择最合适的下一跳节点。此外, 文中还在协议栈中增加了预处理层来完成异构网络之间的通信。文中使用NS3(Network Simulator 3)进行了仿真, 仿真结果表明, 与其他典型的协议相比, 文中所提的协议总是能根据任务的特定需求实现最优的传输策略。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0140
摘要:
针对MEMS陀螺随机噪声大及零偏重复性不好的特点, 对MEMS随机误差采用Allan方差法分析其角度随机游走, 以Allan方差辨识值和加权最小二乘法, 设计阵列陀螺信息融合处理算法, 可有效降低角度随机游走, 且在静态和动态条件下均能实时响应真实角速率。对MEMS陀螺常值漂移, 结合惯性导航系统误差的可观测性设计两位置标定方案, 完成常值漂移的系统级标定。仿真结果表明, 文中所提方法可有效降低MEMS陀螺角度随机游走和陀螺常值漂移, 显著提升MEMS惯性测量精度。
针对MEMS陀螺随机噪声大及零偏重复性不好的特点, 对MEMS随机误差采用Allan方差法分析其角度随机游走, 以Allan方差辨识值和加权最小二乘法, 设计阵列陀螺信息融合处理算法, 可有效降低角度随机游走, 且在静态和动态条件下均能实时响应真实角速率。对MEMS陀螺常值漂移, 结合惯性导航系统误差的可观测性设计两位置标定方案, 完成常值漂移的系统级标定。仿真结果表明, 文中所提方法可有效降低MEMS陀螺角度随机游走和陀螺常值漂移, 显著提升MEMS惯性测量精度。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0063
摘要:
鱼雷声隐身性能直接影响发射平台的安全性、鱼雷攻击的隐蔽性及线导导引的有效性。目前广泛采用的减振降噪手段在控制鱼雷中低频振动方面效果不佳, 为解决这一问题, 本研究针对鱼雷动力舱段展开了声学超材料减振方法研究。首先, 对动力舱段在轴向激励下的振动响应特性进行分析, 设计了悬臂梁局域共振单元结构, 并对该结构的带隙特性及减振效果进行分析。其次, 针对动力舱段支承结构, 提出基于声学超材料的减振方案。仿真分析发现, 声学超材料在相应带隙范围内对振动具有显著的衰减效果, 某些测点的衰减量高达11.95 dB。最后, 通过试验验证了声学超材料减振方案的有效性, 为解决鱼雷动力舱段中低频振动问题提供思路。
鱼雷声隐身性能直接影响发射平台的安全性、鱼雷攻击的隐蔽性及线导导引的有效性。目前广泛采用的减振降噪手段在控制鱼雷中低频振动方面效果不佳, 为解决这一问题, 本研究针对鱼雷动力舱段展开了声学超材料减振方法研究。首先, 对动力舱段在轴向激励下的振动响应特性进行分析, 设计了悬臂梁局域共振单元结构, 并对该结构的带隙特性及减振效果进行分析。其次, 针对动力舱段支承结构, 提出基于声学超材料的减振方案。仿真分析发现, 声学超材料在相应带隙范围内对振动具有显著的衰减效果, 某些测点的衰减量高达11.95 dB。最后, 通过试验验证了声学超材料减振方案的有效性, 为解决鱼雷动力舱段中低频振动问题提供思路。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0041
摘要:
针对跨介质航行体快速稳定穿越自由液面的需求, 以及目前跨介质过程中存在过大冲击载荷对结构和仪器破坏, 空泡溃灭与复杂非定常多相流动下弹道失稳等问题。探索采用在航行体头部提供向前射流协助其快速稳定穿越自由液面, 射流穿透并改变自由液面的流场结构, 以达到降低过大载荷的目的。为研究气射流协助圆盘头部航行体入水空泡多相流动特性, 开展了向前喷气协助圆盘头部航行体入水实验。分析了入水过程中所形成的空泡形态, 以及气射流冲击液面过程中开口空泡的形成及演化过程, 探讨了不同通气口径、通气量对空泡直径、射流长度等的影响。实验结果表明: 开口空泡形成过程包括液面凹陷、液面振荡、形成流动和空泡形成4个阶段, 开口空泡直径和深度随通气口径增大而减小, 随通气量增大而增大。
针对跨介质航行体快速稳定穿越自由液面的需求, 以及目前跨介质过程中存在过大冲击载荷对结构和仪器破坏, 空泡溃灭与复杂非定常多相流动下弹道失稳等问题。探索采用在航行体头部提供向前射流协助其快速稳定穿越自由液面, 射流穿透并改变自由液面的流场结构, 以达到降低过大载荷的目的。为研究气射流协助圆盘头部航行体入水空泡多相流动特性, 开展了向前喷气协助圆盘头部航行体入水实验。分析了入水过程中所形成的空泡形态, 以及气射流冲击液面过程中开口空泡的形成及演化过程, 探讨了不同通气口径、通气量对空泡直径、射流长度等的影响。实验结果表明: 开口空泡形成过程包括液面凹陷、液面振荡、形成流动和空泡形成4个阶段, 开口空泡直径和深度随通气口径增大而减小, 随通气量增大而增大。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0042
摘要:
为探究跨介质飞潜器水面起降过程流场结构演变及自身运动特性, 基于计算流体动力学(CFD)数值仿真技术, 耦合流体体积(VOF)多相流模型、剪切应力传输(SST) k-ω湍流模型、Schnerr-Sauer空化模型以及Stokes 5阶非线性波理论, 构建了飞潜器水面起降的数值计算方法。分别对静水环境下飞潜器水面起飞过程、有/无波浪环境下飞潜器水面降落过程进行数值仿真, 分析了各过程飞潜器动力学响应、载荷变化情况以及自由液面流场演化过程。结果表明: 在整个静水环境下水面起飞过程中飞潜器均能保持稳定的姿态, 其周围流场结构及自由液面演化均具有强对称性。在水面降落过程中, 飞潜器及导管底部受到较大的反向砰击力, 受到砰击后飞潜器姿态会出现一定程度的振荡, 在经过多次衰减波动后能够快速恢复平稳状态。波浪的存在会加大触水时刻飞潜器所受到的砰击载荷, 加剧飞潜器姿态的振荡, 延后姿态最终恢复平稳时间。
为探究跨介质飞潜器水面起降过程流场结构演变及自身运动特性, 基于计算流体动力学(CFD)数值仿真技术, 耦合流体体积(VOF)多相流模型、剪切应力传输(SST) k-ω湍流模型、Schnerr-Sauer空化模型以及Stokes 5阶非线性波理论, 构建了飞潜器水面起降的数值计算方法。分别对静水环境下飞潜器水面起飞过程、有/无波浪环境下飞潜器水面降落过程进行数值仿真, 分析了各过程飞潜器动力学响应、载荷变化情况以及自由液面流场演化过程。结果表明: 在整个静水环境下水面起飞过程中飞潜器均能保持稳定的姿态, 其周围流场结构及自由液面演化均具有强对称性。在水面降落过程中, 飞潜器及导管底部受到较大的反向砰击力, 受到砰击后飞潜器姿态会出现一定程度的振荡, 在经过多次衰减波动后能够快速恢复平稳状态。波浪的存在会加大触水时刻飞潜器所受到的砰击载荷, 加剧飞潜器姿态的振荡, 延后姿态最终恢复平稳时间。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0029
摘要:
航行体高速跨介质入水过程涉及多相流与物体间复杂的流固耦合作用, 航行体面临瞬态冲击载荷极易发生结构损坏。本文围绕高速跨介质航行体入水冲击问题展开了简要叙述, 重点论述了跨介质航行体主被动降载及其他降载方法的研究现状。总结了常见降载方法的优劣, 并阐明了高速跨介质航行体入水降载研究的重点发展方向, 以期为航行体高速跨介质入水载荷特性和降载分析方法的进一步研究提供参考。
航行体高速跨介质入水过程涉及多相流与物体间复杂的流固耦合作用, 航行体面临瞬态冲击载荷极易发生结构损坏。本文围绕高速跨介质航行体入水冲击问题展开了简要叙述, 重点论述了跨介质航行体主被动降载及其他降载方法的研究现状。总结了常见降载方法的优劣, 并阐明了高速跨介质航行体入水降载研究的重点发展方向, 以期为航行体高速跨介质入水载荷特性和降载分析方法的进一步研究提供参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0038
摘要:
水空跨介质航行器在军民领域都有广阔的应用前景, 近年来成为机器人领域的热点研究对象。本文以水空跨介质航行器为研究对象, 对现有的水空跨介质航行器的设计和出入水策略作一综述。虽然这些样机结构设计和相关理论研究已经在水空跨介质航行器上得到验证, 但是仍存在很多问题需要解决, 比如水空跨介质航行器跨越介质不灵活稳定、跨域过程的稳定控制问题等等。因此, 迫切需要对现有的跨介质航行器设计、动力选择以及出入水策略进行补充研究, 对关键技术进行优化。通过对现有水空跨介质航行器设计和相关技术的总结, 包括动力选择以及跨介质的转换方式, 为后续跨介质航行器的研究发展提供借鉴。
水空跨介质航行器在军民领域都有广阔的应用前景, 近年来成为机器人领域的热点研究对象。本文以水空跨介质航行器为研究对象, 对现有的水空跨介质航行器的设计和出入水策略作一综述。虽然这些样机结构设计和相关理论研究已经在水空跨介质航行器上得到验证, 但是仍存在很多问题需要解决, 比如水空跨介质航行器跨越介质不灵活稳定、跨域过程的稳定控制问题等等。因此, 迫切需要对现有的跨介质航行器设计、动力选择以及出入水策略进行补充研究, 对关键技术进行优化。通过对现有水空跨介质航行器设计和相关技术的总结, 包括动力选择以及跨介质的转换方式, 为后续跨介质航行器的研究发展提供借鉴。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0021
摘要:
为了研究大尺度跨介质航行器高速倾斜入水冲击载荷特性, 基于VOF多相流模型耦合S-DOF刚体运动模型构建了跨介质航行器高速倾斜入水三维非定常数值计算模型, 采用细长体高速入水自由运动试验数据对数值计算模型的计算精度进行了校核及验证, 对比研究了平头、锥头头型高速倾斜入水的冲击载荷特性。结果表明: 锥头头型入水的最大轴向、纵向冲击载荷发生的时间几乎同步, 而平头头型最大轴向冲击载荷相比纵向载荷发生的时间显著延迟; 对于最大冲击载荷, 平头头型的轴向冲击载荷大于其纵向冲击载荷, 而锥头头型的轴向、纵向冲击载荷几乎相同; 相较于平头头型, 锥头头型的轴向冲击载荷显著降低, 45°入水时, 其最大峰值约为平头头型的1/3。
为了研究大尺度跨介质航行器高速倾斜入水冲击载荷特性, 基于VOF多相流模型耦合S-DOF刚体运动模型构建了跨介质航行器高速倾斜入水三维非定常数值计算模型, 采用细长体高速入水自由运动试验数据对数值计算模型的计算精度进行了校核及验证, 对比研究了平头、锥头头型高速倾斜入水的冲击载荷特性。结果表明: 锥头头型入水的最大轴向、纵向冲击载荷发生的时间几乎同步, 而平头头型最大轴向冲击载荷相比纵向载荷发生的时间显著延迟; 对于最大冲击载荷, 平头头型的轴向冲击载荷大于其纵向冲击载荷, 而锥头头型的轴向、纵向冲击载荷几乎相同; 相较于平头头型, 锥头头型的轴向冲击载荷显著降低, 45°入水时, 其最大峰值约为平头头型的1/3。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0054
摘要:
水下声自导武器可以较好地完成检测、识别并高速打击水下目标的任务。正确识别目标是水下声自导武器攻击敌方目标的关键。文中提出一种基于动态分类集成技术的水下声自导武器实时目标识别方法。利用水下声自导武器主动宽带探测波形照射下目标不同的反射特性, 从目标宽带相关检测输出提取了能量分布和空间分布统计特征, 并构建了基于随机森林的动态集成模型, 在海试数据集中进行训练与测试。仿真分析表明, 文中所提出的动态集成模型识别效果优于其他分类算法, 可以较好地应用于水下声自导武器目标识别中。
水下声自导武器可以较好地完成检测、识别并高速打击水下目标的任务。正确识别目标是水下声自导武器攻击敌方目标的关键。文中提出一种基于动态分类集成技术的水下声自导武器实时目标识别方法。利用水下声自导武器主动宽带探测波形照射下目标不同的反射特性, 从目标宽带相关检测输出提取了能量分布和空间分布统计特征, 并构建了基于随机森林的动态集成模型, 在海试数据集中进行训练与测试。仿真分析表明, 文中所提出的动态集成模型识别效果优于其他分类算法, 可以较好地应用于水下声自导武器目标识别中。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0023
摘要:
跨介质远程突防技术可以兼具空中远程打击和水下高突防率的特点, 具有很高的研究价值。然而, 航行器的跨介质入水过程往往伴随着多相流、空化、相变及湍流不稳定性, 会加剧流场的复杂性, 其所受的作用力还呈现出较强的非定常和非线性, 亟需深入研究。文中建立了航行器入水过程的数值计算模型, 采用流体体积(VOF)模型对气液交界面捕捉, 使用Schnerr-Sauer模型对跨介质过程中产生的空化过程进行描述。对航行器在不同空化器转角以及通气流量条件下的跨介质入水过程进行仿真计算, 研究了导弹跨介质过程中的流场和空泡演化规律, 分析并得到了航行器跨介质过程中的流体动力学特性以及运动特性。仿真结果表明, 航行器在入水过程中会随着通气量的变化而呈现出2种不同的姿态变化模式: 增角速度拉平模式和周期俯仰式拉平模式, 不同模式下航行器的入水拉平过程会呈现不同运动特点。此外, 空化器倾角的增加和通气流量的降低可以提高航行器在跨介质入水过程中的姿态变化速率。
跨介质远程突防技术可以兼具空中远程打击和水下高突防率的特点, 具有很高的研究价值。然而, 航行器的跨介质入水过程往往伴随着多相流、空化、相变及湍流不稳定性, 会加剧流场的复杂性, 其所受的作用力还呈现出较强的非定常和非线性, 亟需深入研究。文中建立了航行器入水过程的数值计算模型, 采用流体体积(VOF)模型对气液交界面捕捉, 使用Schnerr-Sauer模型对跨介质过程中产生的空化过程进行描述。对航行器在不同空化器转角以及通气流量条件下的跨介质入水过程进行仿真计算, 研究了导弹跨介质过程中的流场和空泡演化规律, 分析并得到了航行器跨介质过程中的流体动力学特性以及运动特性。仿真结果表明, 航行器在入水过程中会随着通气量的变化而呈现出2种不同的姿态变化模式: 增角速度拉平模式和周期俯仰式拉平模式, 不同模式下航行器的入水拉平过程会呈现不同运动特点。此外, 空化器倾角的增加和通气流量的降低可以提高航行器在跨介质入水过程中的姿态变化速率。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0030
摘要:
通过斜切喷管喷气进行推力矢量控制, 可以实现对航行器的姿态控制和轨迹调整, 提高其机动性能和稳定性。为探究斜切喷管在水下的工作状态, 基于雷诺时均Navier-Stokes方法和流体体积函数模型, 对不同水深条件下的斜切式喷管燃气射流的流场特性及推力特性开展仿真研究, 分析了燃气射流与水介质的相互作用过程以及喷管推力特性的变化。研究表明: 燃气泡经过4个阶段的发展之后, 形成顶部的气囊及喷口近场的锥形气体通道, 气囊边缘在剪切涡作用下脱离形成气团; 喷口波系的形态和位置随水深而变化, 射流边界受限于燃气泡边界, 二者相互作用, 导致射流后续演化的不稳定; 射流对平板壁面的影响呈非对称性, 长边侧受影响域大于短边侧; 同一时刻, 水深越大, 喷管推力数值越小, 推力方向波动越剧烈。研究结论可为推进水下推力矢量喷管的应用提供参考。
通过斜切喷管喷气进行推力矢量控制, 可以实现对航行器的姿态控制和轨迹调整, 提高其机动性能和稳定性。为探究斜切喷管在水下的工作状态, 基于雷诺时均Navier-Stokes方法和流体体积函数模型, 对不同水深条件下的斜切式喷管燃气射流的流场特性及推力特性开展仿真研究, 分析了燃气射流与水介质的相互作用过程以及喷管推力特性的变化。研究表明: 燃气泡经过4个阶段的发展之后, 形成顶部的气囊及喷口近场的锥形气体通道, 气囊边缘在剪切涡作用下脱离形成气团; 喷口波系的形态和位置随水深而变化, 射流边界受限于燃气泡边界, 二者相互作用, 导致射流后续演化的不稳定; 射流对平板壁面的影响呈非对称性, 长边侧受影响域大于短边侧; 同一时刻, 水深越大, 喷管推力数值越小, 推力方向波动越剧烈。研究结论可为推进水下推力矢量喷管的应用提供参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0018
摘要:
目前外军装备的跨介质鱼雷均为助推运载器+鱼雷战斗部的构成形式, 空水复用动力推进系统可使运载器与鱼雷合二为一, 从而有效提高水下攻击有效载荷量与航程, 且全寿命成本低廉, 并有发展多次出入水功能的潜力。复用动力推进系统在常规鱼雷动力系统的基础上改造, 使之具备空中推进和多模式切换的能力。文中针对3类可能的空水复用动力推进系统构型, 从运行原理、系统性能、燃料选择、系统控制、研发难度以及发展潜力等方面展开讨论。研究结果表明, 对于轻型跨介质鱼雷, 可采用单一OTTO-II燃料的构型, 对于重型鱼雷则倾向于采用煤油和OTTO-II双燃料双燃烧室系统的构型。
目前外军装备的跨介质鱼雷均为助推运载器+鱼雷战斗部的构成形式, 空水复用动力推进系统可使运载器与鱼雷合二为一, 从而有效提高水下攻击有效载荷量与航程, 且全寿命成本低廉, 并有发展多次出入水功能的潜力。复用动力推进系统在常规鱼雷动力系统的基础上改造, 使之具备空中推进和多模式切换的能力。文中针对3类可能的空水复用动力推进系统构型, 从运行原理、系统性能、燃料选择、系统控制、研发难度以及发展潜力等方面展开讨论。研究结果表明, 对于轻型跨介质鱼雷, 可采用单一OTTO-II燃料的构型, 对于重型鱼雷则倾向于采用煤油和OTTO-II双燃料双燃烧室系统的构型。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0020
摘要:
高纬度地区在冬季不可避免地出现结冰期, 考虑到低温冰区水下发射过程中面临“冰层裂隙”的特殊力学环境, 扩展低温冰区中的潜射海洋装备具有重要的工程价值。浮冰的存在必然增强潜射航行体高速出水过程中的非线性。文中采用动态流体相互作用模块(DFBI)对航行体建立六自由度运动模型, 通过对不同冰孔尺寸、冰孔形状约束条件下潜射航行体的水下运动及穿越水面阶段对比分析, 探究冰孔对出水空泡演变的影响。研究发现: 在冰孔约束出水过程中, 冰孔对空泡具有明显的束缚作用, 且束缚作用随着冰孔尺寸的减小而增强。同冰孔形状中, 冰孔尺寸越小, 其对航行体俯仰运动特性影响越大; 同冰孔尺寸中, 圆形冰孔对航行体俯仰运动特性影响大于正方形和三角形冰孔。
高纬度地区在冬季不可避免地出现结冰期, 考虑到低温冰区水下发射过程中面临“冰层裂隙”的特殊力学环境, 扩展低温冰区中的潜射海洋装备具有重要的工程价值。浮冰的存在必然增强潜射航行体高速出水过程中的非线性。文中采用动态流体相互作用模块(DFBI)对航行体建立六自由度运动模型, 通过对不同冰孔尺寸、冰孔形状约束条件下潜射航行体的水下运动及穿越水面阶段对比分析, 探究冰孔对出水空泡演变的影响。研究发现: 在冰孔约束出水过程中, 冰孔对空泡具有明显的束缚作用, 且束缚作用随着冰孔尺寸的减小而增强。同冰孔形状中, 冰孔尺寸越小, 其对航行体俯仰运动特性影响越大; 同冰孔尺寸中, 圆形冰孔对航行体俯仰运动特性影响大于正方形和三角形冰孔。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0167
摘要:
传统水陆两栖运动方式多为轮式或履带式与螺旋桨结合的双系统形态。与之相比, 单系统的水陆两栖运动方式因系统复杂度低、运动效率高成为近年来的研究热点。螺旋推进作为一种单系统水陆两栖运动方式, 在沼泽、滩涂等半流体环境下具有较好的适应性, 多年来对其在陆上行驶的研究设计较多, 对其在水中行驶的研究较为缺乏。本文对螺旋推进装置的水中性能展开研究, 根据螺旋推进的原理, 提出螺旋筒的设计方法, 采用水动力仿真方法对不同浸没深度下的螺旋筒进行推力计算, 发现螺旋筒在0.9倍浸没深度时产生的推力最大。基于自主设计研发的水陆两栖机器人样机开展水中推进测试, 结果表明在水中螺旋筒推进状态稳定。进一步的, 使用响应面法从螺旋叶片高度、螺距两个方面对螺旋筒开展优化设计工作, 优化结果较原设计方案可提升18.2%的推进效率。
传统水陆两栖运动方式多为轮式或履带式与螺旋桨结合的双系统形态。与之相比, 单系统的水陆两栖运动方式因系统复杂度低、运动效率高成为近年来的研究热点。螺旋推进作为一种单系统水陆两栖运动方式, 在沼泽、滩涂等半流体环境下具有较好的适应性, 多年来对其在陆上行驶的研究设计较多, 对其在水中行驶的研究较为缺乏。本文对螺旋推进装置的水中性能展开研究, 根据螺旋推进的原理, 提出螺旋筒的设计方法, 采用水动力仿真方法对不同浸没深度下的螺旋筒进行推力计算, 发现螺旋筒在0.9倍浸没深度时产生的推力最大。基于自主设计研发的水陆两栖机器人样机开展水中推进测试, 结果表明在水中螺旋筒推进状态稳定。进一步的, 使用响应面法从螺旋叶片高度、螺距两个方面对螺旋筒开展优化设计工作, 优化结果较原设计方案可提升18.2%的推进效率。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0108
摘要:
为探究不同温度及压力条件下锂/六氟化硫(Li/SF6)燃烧现象及反应动力学参数, 利用激波诱导高压热载荷激励Li/SF6燃烧实验台测量了温度范围为830 ~1 400 K, 压力范围为0.8 ~11 atm时的点火滞燃期; 利用可视化实验段探究了Li/SF6燃烧过程和基本发光现象等规律; 利用点火滞燃期与温度和压力呈现出的典型Arrhenius依赖关系, 通过多元线性回归法得出反应动力学参数。研究结果表明, Li/SF6燃烧的点火滞燃期随温度和压力的升高而减少, 发光现象随压力的升高由红色孤立火核逐渐转化为白色明亮火焰, 并结合实验测定的点火滞燃期求出了指前因子 A 、指数因子 n 和活化能 Ea, 为明晰燃烧特性、构建数值仿真提供了重要依据。
为探究不同温度及压力条件下锂/六氟化硫(Li/SF6)燃烧现象及反应动力学参数, 利用激波诱导高压热载荷激励Li/SF6燃烧实验台测量了温度范围为830 ~1 400 K, 压力范围为0.8 ~11 atm时的点火滞燃期; 利用可视化实验段探究了Li/SF6燃烧过程和基本发光现象等规律; 利用点火滞燃期与温度和压力呈现出的典型Arrhenius依赖关系, 通过多元线性回归法得出反应动力学参数。研究结果表明, Li/SF6燃烧的点火滞燃期随温度和压力的升高而减少, 发光现象随压力的升高由红色孤立火核逐渐转化为白色明亮火焰, 并结合实验测定的点火滞燃期求出了指前因子 A 、指数因子 n 和活化能 Ea, 为明晰燃烧特性、构建数值仿真提供了重要依据。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0001
摘要:
针对水下无人航行器等小尺度平台机动且阵列孔径有限条件下的稳健探测需求, 依据应用于小平台U形共形平面阵设计多种波束形成算法。分析快拍数、输入信噪比、导向向量误差等对波束形成方法稳健性的影响。虽然最小方差无畸变波束形成方法具有高阵增益的优点, 但其在存在基阵导向向量误差和协方差矩阵估计误差的条件下性能下降较为严重, 因此在此基础上提出了协方差矩阵拟合波束形成方法和双约束稳健最小方差无畸变响应波束形成方法, 并通过数值仿真分析与其他多种波束形成方法对比验证稳健波束形成方法应用于水下小平台共形阵的稳健性。最后在考虑阵元位置误差时通过消声水池实验对多种波束形成方法的实际性能进行进一步对比验证。
针对水下无人航行器等小尺度平台机动且阵列孔径有限条件下的稳健探测需求, 依据应用于小平台U形共形平面阵设计多种波束形成算法。分析快拍数、输入信噪比、导向向量误差等对波束形成方法稳健性的影响。虽然最小方差无畸变波束形成方法具有高阵增益的优点, 但其在存在基阵导向向量误差和协方差矩阵估计误差的条件下性能下降较为严重, 因此在此基础上提出了协方差矩阵拟合波束形成方法和双约束稳健最小方差无畸变响应波束形成方法, 并通过数值仿真分析与其他多种波束形成方法对比验证稳健波束形成方法应用于水下小平台共形阵的稳健性。最后在考虑阵元位置误差时通过消声水池实验对多种波束形成方法的实际性能进行进一步对比验证。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0017
摘要:
航行器出水过程极其复杂, 伴随着多相流、空化、相变、湍流不稳定性, 其所受作用力呈现强的非定常、非线性。国内外对于航行器带空泡出水问题的研究, 多为航行器垂直或者倾斜出水, 关注点往往在于航行器运动轨迹及姿态, 超空泡航行器出水过程研究较少, 本文基于STAR-CCM+软件, 采用重叠网格技术进行网格划分, 使用VOF模型捕捉气液交界面, Schnerr-Sauer模型描述航行器周围的空化过程, 建立了航行器出水过程的数值计算模型。对航行器在不同航行条件(初始速度、初始水深、通气量)下的出水过程进行仿真计算, 得到了不同工况下的流场和空泡演化规律, 分析了超空泡航行器的流体动力特性与运动特性。仿真结果表明, 不同初始运动速度的航行器其水下运动呈现出2种不同的模式。不同水深下, 初始空化数不同, 在较深的水域航行器周围空泡更容易破裂; 加大通气量可以有效地改善空泡形态。
航行器出水过程极其复杂, 伴随着多相流、空化、相变、湍流不稳定性, 其所受作用力呈现强的非定常、非线性。国内外对于航行器带空泡出水问题的研究, 多为航行器垂直或者倾斜出水, 关注点往往在于航行器运动轨迹及姿态, 超空泡航行器出水过程研究较少, 本文基于STAR-CCM+软件, 采用重叠网格技术进行网格划分, 使用VOF模型捕捉气液交界面, Schnerr-Sauer模型描述航行器周围的空化过程, 建立了航行器出水过程的数值计算模型。对航行器在不同航行条件(初始速度、初始水深、通气量)下的出水过程进行仿真计算, 得到了不同工况下的流场和空泡演化规律, 分析了超空泡航行器的流体动力特性与运动特性。仿真结果表明, 不同初始运动速度的航行器其水下运动呈现出2种不同的模式。不同水深下, 初始空化数不同, 在较深的水域航行器周围空泡更容易破裂; 加大通气量可以有效地改善空泡形态。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2024-0027
摘要:
近年来超空泡技术受到了国内外学者的广泛关注, 而极地冰区必然会对超空泡射弹的空泡演化及运动特性产生显著影响。针对极地环境下超空泡武器入水问题, 基于N-S方程引入VOF模型, 结合重叠网格技术建立了冰孔约束下圆柱体入水数值方法。在此基础上, 开展不同入水速度下圆柱体穿越冰孔入水过程的模拟仿真, 分析了圆柱体入水过程中的空泡演化与载荷特性。研究结果表明: 冰孔约束限制了孔内水域的流动, 以致空泡壁与孔壁直接接触, 从而使得背水面空泡壁呈弯曲状。同时, 冰孔约束增大了圆柱体入水冲击载荷, 使得圆柱体水下速度加快衰减, 并促使圆柱体偏转角度大于无冰工况。然而, 随着圆柱体入水速度增大, 近壁面效应致使背水面空泡壁弯曲程度基本相似。此外, 圆柱体入水冲击载荷亦随之增大, 造成圆柱体水下速度更快衰减, 以及偏转角度逐渐增大。研究在冰孔约束下入水速度对于空泡演化及运动特性的影响规律, 可为极地超空泡武器入水稳定性提供一定的参考依据。
近年来超空泡技术受到了国内外学者的广泛关注, 而极地冰区必然会对超空泡射弹的空泡演化及运动特性产生显著影响。针对极地环境下超空泡武器入水问题, 基于N-S方程引入VOF模型, 结合重叠网格技术建立了冰孔约束下圆柱体入水数值方法。在此基础上, 开展不同入水速度下圆柱体穿越冰孔入水过程的模拟仿真, 分析了圆柱体入水过程中的空泡演化与载荷特性。研究结果表明: 冰孔约束限制了孔内水域的流动, 以致空泡壁与孔壁直接接触, 从而使得背水面空泡壁呈弯曲状。同时, 冰孔约束增大了圆柱体入水冲击载荷, 使得圆柱体水下速度加快衰减, 并促使圆柱体偏转角度大于无冰工况。然而, 随着圆柱体入水速度增大, 近壁面效应致使背水面空泡壁弯曲程度基本相似。此外, 圆柱体入水冲击载荷亦随之增大, 造成圆柱体水下速度更快衰减, 以及偏转角度逐渐增大。研究在冰孔约束下入水速度对于空泡演化及运动特性的影响规律, 可为极地超空泡武器入水稳定性提供一定的参考依据。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0116
摘要:
为了更好地解释真实海洋环境中尾流的光散射特性, 探究在真实海洋环境中由于有机物薄膜引起的尾流气泡光散射特性的变化。基于Mie散射理论, 仿真了不同波长光入射时干净气泡、被蛋白质膜和脂质膜包裹的有机气泡的散射光强分布、散射系数、散射相函数及偏振度。仿真结果表明: 干净气泡和２种膜包裹的有机气泡的散射系数均在2.025上下震荡, 且有机气泡的振荡幅值明显大于干净气泡; 当散射角为180°时, 被油脂和蛋白质包裹的有机气泡的散射光强和散射相函数的值明显增大; 有机气泡可以增大散射系数震荡的幅值并增大背向散射强度。仿真结果可为实际海洋环境尾流探测提供理论与数据支撑, 也为海洋污染、水质勘探提供现实依据。
为了更好地解释真实海洋环境中尾流的光散射特性, 探究在真实海洋环境中由于有机物薄膜引起的尾流气泡光散射特性的变化。基于Mie散射理论, 仿真了不同波长光入射时干净气泡、被蛋白质膜和脂质膜包裹的有机气泡的散射光强分布、散射系数、散射相函数及偏振度。仿真结果表明: 干净气泡和２种膜包裹的有机气泡的散射系数均在2.025上下震荡, 且有机气泡的振荡幅值明显大于干净气泡; 当散射角为180°时, 被油脂和蛋白质包裹的有机气泡的散射光强和散射相函数的值明显增大; 有机气泡可以增大散射系数震荡的幅值并增大背向散射强度。仿真结果可为实际海洋环境尾流探测提供理论与数据支撑, 也为海洋污染、水质勘探提供现实依据。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0163
摘要:
空心弹是一种内部中空、流动特性复杂的弹丸, 以其轻便稳定和强大毁伤性能备受关注。在其入水过程中, 高速水射流的产生是影响空心弹入水的关键。因此, 研究空心弹通孔孔径对射流和入水特性的影响具有重要意义。文中建立了不同孔径的空心弹垂直入水仿真模型, 并对比了不同孔径弹丸的孔内压力特性与空泡发展差异。通过研究发现, 孔径比与初始碰撞时刻的孔内压力强度存在关联, 且随着孔径比的增加, 射流的高度与速度均有所降低, 这与空心孔内的压力梯度现象有关; 同时, 压力梯度的强度随着孔径比的增加而降低。文中还对空心弹空化现象发展进行了简要描述, 并对孔径比对空化现象的影响进行了分析, 可知随着孔径比的增大, 弹体产生的蒸汽量逐渐减少, 空泡闭合时间提前。
空心弹是一种内部中空、流动特性复杂的弹丸, 以其轻便稳定和强大毁伤性能备受关注。在其入水过程中, 高速水射流的产生是影响空心弹入水的关键。因此, 研究空心弹通孔孔径对射流和入水特性的影响具有重要意义。文中建立了不同孔径的空心弹垂直入水仿真模型, 并对比了不同孔径弹丸的孔内压力特性与空泡发展差异。通过研究发现, 孔径比与初始碰撞时刻的孔内压力强度存在关联, 且随着孔径比的增加, 射流的高度与速度均有所降低, 这与空心孔内的压力梯度现象有关; 同时, 压力梯度的强度随着孔径比的增加而降低。文中还对空心弹空化现象发展进行了简要描述, 并对孔径比对空化现象的影响进行了分析, 可知随着孔径比的增大, 弹体产生的蒸汽量逐渐减少, 空泡闭合时间提前。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0165
摘要:
水下图像无监督增强技术多面向特定失真因素, 对于水下多类失真图像适应性略显不足; 图像的内容属性(结构)会随风格属性(外观)迁移变化, 导致增强效果不受控, 影响后续环境感知处理的稳定性和准确性。针对这一问题, 文中提出一种基于多域表征解耦的水下图像无监督可控增强方法。首先设计了多域统一的表征解耦循环一致对抗变换框架, 提高了算法对多失真因素的适应性; 其次构建了双编码-条件解码网络结构; 最后设计了多域属性表征解耦的系列损失, 提高了质量、内容、风格等属性表征的独立表达性和可控性。实验结果表明, 所提算法不仅可以消除水下图像的色差、模糊、噪声和低光照等多类失真, 还可通过线性插值的方式量化图像风格码对水下图像进行可控增强。
水下图像无监督增强技术多面向特定失真因素, 对于水下多类失真图像适应性略显不足; 图像的内容属性(结构)会随风格属性(外观)迁移变化, 导致增强效果不受控, 影响后续环境感知处理的稳定性和准确性。针对这一问题, 文中提出一种基于多域表征解耦的水下图像无监督可控增强方法。首先设计了多域统一的表征解耦循环一致对抗变换框架, 提高了算法对多失真因素的适应性; 其次构建了双编码-条件解码网络结构; 最后设计了多域属性表征解耦的系列损失, 提高了质量、内容、风格等属性表征的独立表达性和可控性。实验结果表明, 所提算法不仅可以消除水下图像的色差、模糊、噪声和低光照等多类失真, 还可通过线性插值的方式量化图像风格码对水下图像进行可控增强。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0142
摘要:
针对单个对抗性目标主动逃逸问题, 利用微分博弈理论建立了多智能体协同围捕问题博弈模型, 在含有距离项支付函数中引入由逃逸角构成的合围项, 从而降低目标中途逃逸的概率; 然后将围捕问题转换为求解可实现策略的优化问题, 利用粒子群优化算法求解满足纳什均衡的最优策略, 仿真和湖上试验结果均证明了基于粒子群的微分博弈围捕算法的有效性。
针对单个对抗性目标主动逃逸问题, 利用微分博弈理论建立了多智能体协同围捕问题博弈模型, 在含有距离项支付函数中引入由逃逸角构成的合围项, 从而降低目标中途逃逸的概率; 然后将围捕问题转换为求解可实现策略的优化问题, 利用粒子群优化算法求解满足纳什均衡的最优策略, 仿真和湖上试验结果均证明了基于粒子群的微分博弈围捕算法的有效性。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0129
摘要:
为了提高矢量推进电机在深海探索中的稳定性与隐身性, 文中以表贴式永磁同步电机为基础, 结合周期扩频调制技术和改进型滑模观测器无位置控制技术, 提出了基于无位置变载波频率的深海矢量推进电机控制方法。通过电机变载波频率、电机起动变速和负载突变仿真实验, 文中分析了所提控制方法的控制效果, 结果表明所研究控制方法转速估算准确, 对转速有良好的动态跟踪性能, 额定转速工况下转速估算误差率仅为0.32%, 0.5倍额定转速工况下转速估算误差率仅为0.09%, 且具有明显的高频谐波扩频抑制效果和良好的动态抗干扰性能。结合减少位置传感器带来的电机结构简化效果, 文中提出的控制方法可有效地降低深海矢量推进电机作业时的故障率, 减少易被探测的高次固定频率谐波, 提高了深海矢量推进电机的可靠性与隐身性, 为深海UUV提供高效可靠的动力保障。
为了提高矢量推进电机在深海探索中的稳定性与隐身性, 文中以表贴式永磁同步电机为基础, 结合周期扩频调制技术和改进型滑模观测器无位置控制技术, 提出了基于无位置变载波频率的深海矢量推进电机控制方法。通过电机变载波频率、电机起动变速和负载突变仿真实验, 文中分析了所提控制方法的控制效果, 结果表明所研究控制方法转速估算准确, 对转速有良好的动态跟踪性能, 额定转速工况下转速估算误差率仅为0.32%, 0.5倍额定转速工况下转速估算误差率仅为0.09%, 且具有明显的高频谐波扩频抑制效果和良好的动态抗干扰性能。结合减少位置传感器带来的电机结构简化效果, 文中提出的控制方法可有效地降低深海矢量推进电机作业时的故障率, 减少易被探测的高次固定频率谐波, 提高了深海矢量推进电机的可靠性与隐身性, 为深海UUV提供高效可靠的动力保障。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0105
摘要:
在进行水中兵器减振降噪的研究过程中, 发现作为其重要传动部件的特种缓冲油缸是主要噪声源之一, 因此对特种缓冲油缸的缓冲装置设计尤为重要, 而对缓冲效果的预测是缓冲设计的核心问题。由于特种缓冲油缸工作情况的特殊性, 其大多数时间都处于待机状态, 当间隔很长时间后的一次启动, 缓冲腔内的液压油温度等于所处安装环境温度, 一次启动和后续启动之间缓冲腔内的液压油会有较大的温差。为了保证在极端温度条件下也能满足工作要求, 需对特种缓冲油缸进行了温度适应性研究。文中首先建立了特种油缸运动过程的数学模型, 在油液极端温度10±2 ℃、40±2 ℃, 供油压力7.5±0.2 MPa条件下, 利用Fluent进行了流场的数值仿真。然后在大型温度箱中, 进行温度适应性试验, 分别检测了2个极端温度条件下特种缓冲油缸的全行程运动时间和振动加速度级等参数。最后对比发现, 试验结果与理论分析相近, 也符合相应指标要求, 可为以后特种缓冲油缸的设计和减振降噪提供参考。
在进行水中兵器减振降噪的研究过程中, 发现作为其重要传动部件的特种缓冲油缸是主要噪声源之一, 因此对特种缓冲油缸的缓冲装置设计尤为重要, 而对缓冲效果的预测是缓冲设计的核心问题。由于特种缓冲油缸工作情况的特殊性, 其大多数时间都处于待机状态, 当间隔很长时间后的一次启动, 缓冲腔内的液压油温度等于所处安装环境温度, 一次启动和后续启动之间缓冲腔内的液压油会有较大的温差。为了保证在极端温度条件下也能满足工作要求, 需对特种缓冲油缸进行了温度适应性研究。文中首先建立了特种油缸运动过程的数学模型, 在油液极端温度10±2 ℃、40±2 ℃, 供油压力7.5±0.2 MPa条件下, 利用Fluent进行了流场的数值仿真。然后在大型温度箱中, 进行温度适应性试验, 分别检测了2个极端温度条件下特种缓冲油缸的全行程运动时间和振动加速度级等参数。最后对比发现, 试验结果与理论分析相近, 也符合相应指标要求, 可为以后特种缓冲油缸的设计和减振降噪提供参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0093
摘要:
舰船在航行过程中会产生尾流区域, 激光穿过气泡尾流区域时会发生散射现象, 通过对散射光的探测和分析, 能达到对舰船的探测与识别的目的。文中探究尾流气泡幕对激光传输特性的影响, 基于光纤光谱仪探测尾流气泡幕的光强变化。实验模拟了不同压强下的尾流气泡幕在距离水面5 cm以及距离水面15 cm和20 cm气泡幕的厚度分别为10 cm和15 cm时的尾流气泡幕光强变化, 同时也探究了前向散射和后向散射的光强随压强的变化情况。实验结果表明, 随着压强的增大, 光强变化逐渐降低, 气泡浓度与气泡半径也随之增大; 气泡浓度越大, 光强变化越小; 随着压强的增大, 前向散射光强逐渐呈线性降低, 而后向散射光强则会随之增大。
舰船在航行过程中会产生尾流区域, 激光穿过气泡尾流区域时会发生散射现象, 通过对散射光的探测和分析, 能达到对舰船的探测与识别的目的。文中探究尾流气泡幕对激光传输特性的影响, 基于光纤光谱仪探测尾流气泡幕的光强变化。实验模拟了不同压强下的尾流气泡幕在距离水面5 cm以及距离水面15 cm和20 cm气泡幕的厚度分别为10 cm和15 cm时的尾流气泡幕光强变化, 同时也探究了前向散射和后向散射的光强随压强的变化情况。实验结果表明, 随着压强的增大, 光强变化逐渐降低, 气泡浓度与气泡半径也随之增大; 气泡浓度越大, 光强变化越小; 随着压强的增大, 前向散射光强逐渐呈线性降低, 而后向散射光强则会随之增大。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0126
摘要:
文中提出了神经模糊系统(NFS)建立航保系统的易损性模型, 将模糊规则引入神经网络的框架中, 建立系统任务可用能力评估模型。该方法结合了模糊逻辑的推理能力和神经网络的无限逼近函数能力, 建立真实系统的替代模型, 更具普适性。采用智能优化算法使得替代模型最大限度接近真实模型, 摆脱了系统中未知权重系数依赖于专家或经验的影响, 赋予模糊神经网络(FNN)学习能力。实验结果和分析表明评估的全面性和合理性模型, 可应用于航保系统能力评估研究。
文中提出了神经模糊系统(NFS)建立航保系统的易损性模型, 将模糊规则引入神经网络的框架中, 建立系统任务可用能力评估模型。该方法结合了模糊逻辑的推理能力和神经网络的无限逼近函数能力, 建立真实系统的替代模型, 更具普适性。采用智能优化算法使得替代模型最大限度接近真实模型, 摆脱了系统中未知权重系数依赖于专家或经验的影响, 赋予模糊神经网络(FNN)学习能力。实验结果和分析表明评估的全面性和合理性模型, 可应用于航保系统能力评估研究。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0125
摘要:
为了提升水下机器人的机动性和适应性, 增强其感知周围环境的能力是必要的。受动物触须的毛囊结构启发, 本文将液态金属与摩擦纳米发电机相结合, 提出了一种基于液态金属的摩擦电触须传感器(LTWS), 在浑浊度高、视距低的水环境中作为水下机器人光学与声学感知技术的补充, 提升水下机器人的信息感知能力。LTWS主要由碳纤维材料触须、硅胶囊套、触发器、记忆合金弹簧、传感单元、基座等组成, 碳纤维触须的细微偏转会驱动触发器靠近并挤压对应方向的传感单元, 进而产生电信号。LTWS的感知信号与触须横向位移呈线性关系, 灵敏度可达7.9 mV/mm。值得一提的是, 触碰频率对输出信号的影响较小。LTWS丰富了水下机器人的感知手段, 为实现海洋信息感知提供了新的思路。
为了提升水下机器人的机动性和适应性, 增强其感知周围环境的能力是必要的。受动物触须的毛囊结构启发, 本文将液态金属与摩擦纳米发电机相结合, 提出了一种基于液态金属的摩擦电触须传感器(LTWS), 在浑浊度高、视距低的水环境中作为水下机器人光学与声学感知技术的补充, 提升水下机器人的信息感知能力。LTWS主要由碳纤维材料触须、硅胶囊套、触发器、记忆合金弹簧、传感单元、基座等组成, 碳纤维触须的细微偏转会驱动触发器靠近并挤压对应方向的传感单元, 进而产生电信号。LTWS的感知信号与触须横向位移呈线性关系, 灵敏度可达7.9 mV/mm。值得一提的是, 触碰频率对输出信号的影响较小。LTWS丰富了水下机器人的感知手段, 为实现海洋信息感知提供了新的思路。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0131
摘要:
针对水下图像存在颜色偏差、对比度低及模糊等问题, 提出散射光补偿结合色彩保持与对比度均衡的水下图像增强方法。首先, 利用相对总变分模型分离图像结构层和纹理层。其中, 设计基于RGB空间映射的补偿系数矩阵校正结构层色偏, 并通过滤波分离与融合增强纹理层, 以防止图像的初始特征丢失, 增强后的纹理层与结构层叠加得到第一层输出; 然后, 在对比度均衡模块中, 基于空间变换进行保色对比度限制自适应直方图均衡化, 进一步提高对比度和亮度。最后, 将双层增强结构的结果图融合得到输出图像。通过在不同数据集上与各种经典及新颖的算法对比, 验证本文方法在平衡色差, 增强细节及去模糊等方面均具有更好效果, 对于水下无人系统视觉任务具有实际应用价值。
针对水下图像存在颜色偏差、对比度低及模糊等问题, 提出散射光补偿结合色彩保持与对比度均衡的水下图像增强方法。首先, 利用相对总变分模型分离图像结构层和纹理层。其中, 设计基于RGB空间映射的补偿系数矩阵校正结构层色偏, 并通过滤波分离与融合增强纹理层, 以防止图像的初始特征丢失, 增强后的纹理层与结构层叠加得到第一层输出; 然后, 在对比度均衡模块中, 基于空间变换进行保色对比度限制自适应直方图均衡化, 进一步提高对比度和亮度。最后, 将双层增强结构的结果图融合得到输出图像。通过在不同数据集上与各种经典及新颖的算法对比, 验证本文方法在平衡色差, 增强细节及去模糊等方面均具有更好效果, 对于水下无人系统视觉任务具有实际应用价值。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0149
摘要:
水下环境因受到光照、泥沙等影响, 在水下进行目标检测时通常更容易出现域偏移而导致检测精度下降。针对此现象, 文中提出了基于图诱导对齐的域自适应水下目标检测方法, 图诱导原型对齐(GPA)是通过区域建议之间基于图的信息传播得到图像中的实例级特征, 再导出每个类别的原型表示用于类别级域的对齐。通过上述操作可以很好地聚合水下目标不同的模态信息, 以此实现源域和目标域的对齐从而减少域偏移带来的影响。此外, 为了使神经网络专注于不同水域分布下的实例级特征, 还在其中添加了卷积块注意(CBAM)模块。实验结果证明, 水下环境中GPA能有效对齐源域和目标域中的实例特征, CBAM可以使网络更加注意图像中的实例特征, 提高检测精度。
水下环境因受到光照、泥沙等影响, 在水下进行目标检测时通常更容易出现域偏移而导致检测精度下降。针对此现象, 文中提出了基于图诱导对齐的域自适应水下目标检测方法, 图诱导原型对齐(GPA)是通过区域建议之间基于图的信息传播得到图像中的实例级特征, 再导出每个类别的原型表示用于类别级域的对齐。通过上述操作可以很好地聚合水下目标不同的模态信息, 以此实现源域和目标域的对齐从而减少域偏移带来的影响。此外, 为了使神经网络专注于不同水域分布下的实例级特征, 还在其中添加了卷积块注意(CBAM)模块。实验结果证明, 水下环境中GPA能有效对齐源域和目标域中的实例特征, CBAM可以使网络更加注意图像中的实例特征, 提高检测精度。
, 最新更新时间 , doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2023-0104
摘要:
为探索脉冲爆轰水冲压发动机水下工作时导水器内燃气射流发展特性, 利用可燃气体的爆轰在水下受限空间内产生脉动气泡, 对爆轰管在圆筒形受限空间内的水下爆轰燃气射流进行了数值仿真与实验验证。基于雷诺时均基本方程组与k-epsilon两方程模型耦合VOF气液界面追踪方法的相输运方程建立受限空间中水下单次燃气射流流场流动模型, 使用OpenFOAM中的CompressibleInterFoam求解器对受限空间中脉冲爆轰燃气射流进行数值求解。结果表明: 受限空间对水下爆轰的前导激波的影响较小, 前导激波幅值与自由空间相比变化不大, 由爆轰燃气射流所引起的压力扰动大幅升高且持续时间明显增加, 受限空间中各处压力显著高于受限空间之外; 受限空间中燃气泡的脉动周期延长至60 ms左右, 然而受限空间径向尺寸对燃气泡的脉动周期影响较小。可见, 受限空间可提高水下爆轰管出口近场压力并延长燃气射流作用时间, 研究结果对脉冲爆轰水冲压发动机推力性能提升方法研究具有重要指导作用。
为探索脉冲爆轰水冲压发动机水下工作时导水器内燃气射流发展特性, 利用可燃气体的爆轰在水下受限空间内产生脉动气泡, 对爆轰管在圆筒形受限空间内的水下爆轰燃气射流进行了数值仿真与实验验证。基于雷诺时均基本方程组与k-epsilon两方程模型耦合VOF气液界面追踪方法的相输运方程建立受限空间中水下单次燃气射流流场流动模型, 使用OpenFOAM中的CompressibleInterFoam求解器对受限空间中脉冲爆轰燃气射流进行数值求解。结果表明: 受限空间对水下爆轰的前导激波的影响较小, 前导激波幅值与自由空间相比变化不大, 由爆轰燃气射流所引起的压力扰动大幅升高且持续时间明显增加, 受限空间中各处压力显著高于受限空间之外; 受限空间中燃气泡的脉动周期延长至60 ms左右, 然而受限空间径向尺寸对燃气泡的脉动周期影响较小。可见, 受限空间可提高水下爆轰管出口近场压力并延长燃气射流作用时间, 研究结果对脉冲爆轰水冲压发动机推力性能提升方法研究具有重要指导作用。
