水下无人系统学报

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魏博文, 吕文红, 范晓静, 朱友康, 郭银景

2019, 27(1): 001-9. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2019.01.001

[摘要](1574) [PDF 678KB](1402)

摘要:
导航技术是自主式水下航行器(AUV)系统技术发展与应用的关键技术之一, 而组合导航因其稳定性、精确性和持久性, 已成为未来AUV导航技术的主要发展方向。文中简述了AUV传统导航技术和非传统导航技术发展概况, 详细介绍了惯性导航系统(INS)/声学组合导航、INS/地球物理组合导航、INS/视觉组合导航和INS/天文组合导航的研究和应用现状。分析可知, INS/地磁匹配组合导航、INS/重力匹配组合导航已成为军事领域AUV导航技术的发展趋势; INS/长基线(LBL)组合导航则为民用领域AUV导航技术的发展趋势。文中同时展望了INS/地磁匹配组合导航、INS/重力匹配组合导航和INS/LBL组合导航等热门导航技术的研究方向。

美海军三型鱼雷最新研发进展及技术途径

张萌, 谭思炜, 张林森

2019, 27(1): 010-13. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2019.01.002

[摘要](1097) [PDF 852KB](824)

摘要:
美国鱼雷技术处于世界领先水平, 其发展动向一直是世界各国海军关注的焦点。文中通过对美海军报告以及相关资料中收集到的2017财年美国在役MK 54 Mod 1型轻型鱼雷、MK 48 Mod 7重型鱼雷以及正在研发的反鱼雷鱼雷(ATT)这3型鱼雷的发展动向和具体技术动态的梳理, 简要分析了其研发现状及未来发展趋势。2017财年, 美海军对MK 54 Mod 1型轻型鱼雷继续改进声呐硬件和战术软件进行了多次研发性水中测试; 开展了“鱼雷先进动力推进系统(TAPS)”计划, 以增大现有MK 48 Mod 7重型鱼雷的射程; 同时, 在3艘航母上部署了ATT, 并进行了快速反应评估。文中所做研究可为国内相关装备的发展提供参考。

电磁力对潜艇绕流流场局部扰动优化效果

张菲, 刘宗凯, 周本谋, 李俊伟

2019, 27(1): 014-19. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2019.01.003

[摘要](703) [PDF 1909KB](390)

摘要:
潜艇水下航行时, 由于流体粘性的存在导致流动分离、壁面边界层转捩等问题, 使得潜艇阻力增大,产生了大量的涡并伴随有涡的不规则脱落。文中基于粘性不可压Navier-Stokes控制方程, 使用有限体积法对Re=107潜艇流场进行数值仿真, 分析不同作用系数的电磁力分别施加于A=1, A=2, A=3情况下的潜艇绕流流场结构和受力变化。结果表明, 当作用电磁力系数N=1.5的电磁力施加于半球艏部与中体艇身交界处(A=1, N=1.5)时, 艇身的涡结构被有效抑制, 对围壳顶盖的控制(A=2, N=1.5)则可以有效抑制涡脱落现象, 同时阻力下降最多。由此可知, 合理利用适当的电磁力控制围壳边界层的流动能有效抑制不规则涡的产生及其脱落, 减少流噪声, 有助于提高潜艇的隐蔽性及动力性能。文中研究可为进一步研究优化潜艇流场问题提供参考。

不同外形空化器绕回转体超空化特性试验研究

王瑞, 党建军, 姚忠

2019, 27(1): 020-24. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2019.01.004

[摘要](599) [PDF 1495KB](350)

摘要:
为获得头型空化器参数对超空化流场特性的影响规律, 依托高速水洞试验平台, 采用高速流动显示技术与三分测力天平测力技术相结合, 研究不同形状空化器对绕回转体超空泡特性的影响。文中针对4种不同形状的空化器, 采用人工通气的方法在回转体周围形成超空化流动, 获得不同工况条件下绕回转体的空泡形态及阻力波动。研究结果表明, 不同外形空化器均能形成稳定透明的空泡; 同一种外形的空化器,来流速度越高, 获得的空泡尺度越大; 沉凹形空化器阻力系数最大, 截锥型空化器阻力系数次之, 倒锥形空化器阻力系数最小。文中研究结论可为超空泡射弹头部外形设计及流体动力布局设计提供参考和依据。

基于四元稀疏T型阵的AUV方位估计算法

张倩, 梁红, 杨长生

2019, 27(1): 025-30. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2019.01.005

[摘要](661) [PDF 431KB](273)

摘要:
小型自主式水下航行器(AUV)受体积和结构限制, 携带水听器个数有限, 但需具备较高测向精度, 而传统四元均匀T型阵虽能实现方位角和俯仰角的联合估计, 但由于阵列孔径受波长限制, 其定向精度有限。基于此, 文中以四元均匀T型阵为基础, 增加水平方向上中心阵元与1阵元的间距, 使其扩大至波长的整数倍, 中心阵元与其他阵元间距均保持半波长, 构成四元稀疏T型阵。利用基于常规波束形成的互谱测向法进行方位估计, 对2种阵型方位角及俯仰角的估计误差进行仿真对比。仿真结果表明, 同一信噪比下, 四元稀疏T型阵的方位角估计误差更小, 证实了四元稀疏T型阵的定向结果具有更高的精度, 可满足AUV以较少的阵元实现更高测向精度的要求。

单筒多细长体航行器水下齐射载荷特性仿真

赵世平, 毕凤阳, 卢丙举, 袁绪龙, 秦丽萍

2019, 27(1): 031-36. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2019.01.006

[摘要](687) [PDF 1558KB](369)

摘要:
针对单筒内密集布置多枚细长体航行器的水下齐射邻筒效应问题, 采用流体体积函数(VOF)和多相流等方法, 结合用户自定义函数(UDF)控制两发航行器运动的动网格技术, 考虑悬挂法兰、筒盖及潜艇外形等结构对筒口流场特性的影响, 建立了水下垂直齐射三维非定常多相流仿真模型，得到了邻筒水密头罩、海水倒灌水锤等载荷特性, 分析了双发齐射时首发航行器对次发航行器载荷特性的影响, 得到如下结论: 1) 首发航行器发射后筒口流场较快地趋于稳定, 次发航行器时邻筒水密头罩载荷稍小于首发航行器、规律相似, 即单筒多细长体齐射筒口流场对齐射间隔影响较小; 2) 航行器发射后发射筒内外流场较快地趋于稳定, 倒灌入发射筒内的海水量相对较少, 可能影响操艇性能; 3) 次发航行器对首发航行器的发射筒内水锤载荷特性以及流场特性均有较大影响。文中所做研究可为水下多细长体航行器密集布置结构方案论证及齐射安全性分析提供参考。

单舰反潜目标威胁评估排序模型研究

张弘弨, 王德石, 彭京徽

2019, 27(1): 037-44. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2019.01.007

[摘要](508) [PDF 478KB](408)

摘要:
针对单舰反潜威胁评估的可信度与效率等问题, 文中研究了潜艇目标的威胁排序规则及威胁评估模型。根据反潜作战特点, 选取描述威胁的指标并建立了威胁评估指标体系。对目标威胁进行评估的基础上, 在采用模糊层次分析法(AHP), 融合了对目标的可攻性判断, 使模型可考虑战场环境目标武器状态等因素。仿真结果表明, 文中方法可准确、快速评估水下目标威胁, 可为水面舰艇编队反潜作战辅助决策提供依据。

基于蚁群算法的水下机器人机械臂工作路径优化

林树锋, 王冬姣, 叶家玮, 刘鲲

2019, 27(1): 045-50. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2019.01.008

[摘要](824) [PDF 1234KB](379)

摘要:
为了提高水下机器人机械臂对导管架清污的工作效率, 缩短电机持续高负荷工作的时间, 在采用声呐回波数据识别工作区域附着物分布图的基础上, 分别以工作时间最短和能耗最小为优化目标, 提出基于蚁群算法的机械臂工作路径规划算法。通过MATLAB和PRO/E软件建立机械臂三维运动学模型, 在某一随机附着物分布条件下, 采用以上2种路径优化算法得到相应的优化路径。仿真结果表明, 与传统的扫描路径相比, 文中提出的2种优化算法在满足工作区域范围的前提下, 能提高机械臂2倍以上的工作效率并降低50%的能耗, 证明了该路径优化算法的有效性。

一种基于独立膨胀原理的三维超空泡形态计算方法

宋书龙, 万亚民, 李建辰, 周景军, 吕瑞

2019, 27(1): 051-58. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2019.01.009

[摘要](1015) [PDF 1277KB](417)

摘要:
针对超空泡鱼雷机动过程中流体动力计算需实时准确预报出三维空泡形态的问题, 文中基于空泡截面独立膨胀原理, 提出了一种三维非定常超空泡形态计算方法。通过与Logvinovich模型和计算流体力学(CFD)数值仿真方法的对比, 验证了该方法的合理性。采用该方法对鱼雷的变速运动, 变深运动, 横、纵平面沿正弦轨迹运动及三维空间内螺旋运动的三维空泡形态进行了仿真分析, 仿真结果表明, 文中方法可以预报超空泡鱼雷沿任意轨迹运动的三维非定常超空泡形态。相较于Logvinovich模型和CFD数值仿真方法, 该方法可以求解信息更全面的三维空泡形态, 并可节省大量的计算资源。文中所做研究可为工程实践快速提供时变的三维超空泡形态, 并可为超空泡鱼雷动力学模型的建立提供参考。

浅域水下滑翔机设计及性能分析

陈孟伟, 刘雁集

2019, 27(1): 059-64. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2019.01.010

[摘要](821) [PDF 1454KB](681)

摘要:
水下滑翔机作为一种具有长续航能力的水下航行器, 可通过搭载特定传感器实现对一定水域环境的监测。为解决滑翔机对浅水域环境的监控问题, 文中提出一种运行于浅水域的水下滑翔机设计方案, 分析了俯仰和浮力机构调节与俯仰角度的耦合方式对其整体性能的影响, 设计了基于丝杆副传动装置的可快速调节的单冲程浮力调节系统, 并采用鳍舵调节装置实现机体的转弯调节。同时综合考虑机体内部各移动部件状态变量, 建立浅域滑翔机动力学模型, 设计了线性二次调节器(LQR), 确定控制器各权重参数, 实现了浮态切换的快速调节控制, 并通过水池试验测试其运动能力。试验结果表明, 研制的水下滑翔机可在3 m水深内顺利运行, 转弯半径小, 可达9 m, 完全满足在浅水域稳定运行与顺利巡航的要求。

潜艇转向旋回防御主动声自导鱼雷的战术意义与作战运用

邓新文, 朱文振, 谢勇

2019, 27(1): 065-70. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2019.01.011

[摘要](769) [PDF 503KB](464)

摘要:
潜艇转向旋回对敌鱼雷自导检测有重大的影响, 是防御声自导鱼雷攻击的主要方式。文中基于声呐方程, 分析了潜艇转向后我舷角与敌鱼雷声自导作用距离的关系, 并在分析主动声自导鱼雷运用方位走向与亮点分布进行体目标识别的原理基础上, 构建了仿真计算模型。算例表明: 潜艇转向旋回可极大地缩短敌鱼雷声自导作用距离, 在转至大、小舷角时将误导敌鱼雷体目标识别错误使其转入对抗规避弹道。最后对实战中潜艇运用转向旋回战术防御主动声自导鱼雷的实施方法进行了讨论。文中所做研究可为潜艇指挥员进行鱼雷防御作战与鱼雷设计人员进一步研究鱼雷抗干扰策略提供参考。

不同能量输出结构战斗部水下爆炸毁伤威力试验研究

鲁忠宝, 黎勤, 哈海荣

2019, 27(1): 071-77. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2019.01.012

[摘要](711) [PDF 1934KB](458)

摘要:
水中兵器战斗部对大型水面舰船的爆炸毁伤威力, 除了与作用距离相关之外, 还与作用方位、战斗部的装药品种、起爆方式等都有密切关系。为了得出攻击大型水面舰战斗部所需最佳攻击方位, 以及装药与起爆方式设计准则, 文中选取典型炸药品种、典型起爆方式的战斗部装药, 进行水下爆炸全方位威力场参数的试验测试, 以及典型战斗部底部爆炸对舰船目标模拟靶响应的试验测试, 得出了不同能量输出结构战斗部水中爆炸能量的输出规律及其对舰船目标的毁伤规律, 确定了水中兵器战斗部适宜选取总能量高、气泡能也高的炸药品种, 采用底部攻击及定向起爆方式, 使能量汇聚方向朝上, 以获取最佳毁伤效果。文中的研究可为打击大型水面舰船的水中兵器战斗部总体设计提供参考。

鱼雷攻击体目标命中效果仿真方法

王改娣, 翁璐, 吕艳慧, 刘孟秦

2019, 27(1): 078-82. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2019.01.013

[摘要](554) [PDF 361KB](338)

摘要:
鱼雷的命中效果一般用命中参数来表征。用点源目标评价鱼雷命中效果只有单一脱靶量, 且实航试验中为避免鱼雷与声靶或真实目标相撞, 常采取规避措施, 难以得到实际命中参数。针对此, 文中提出一种用体目标评价鱼雷命中效果的仿真方法, 建立了鱼雷跟踪目标过程的全弹道数学模型和描述体目标几何特性和命中参数的数学模型, 并进行了鱼雷攻击体目标效果的仿真计算和分析。仿真结果表明, 鱼雷命中效果与目标几何特性、目标速度、雷目相对态势等因素有关。该方法为评价鱼雷命中目标效果提供了一种有效的手段, 可为鱼雷弹道和导引规律的优化设计提供参考。

助飞反潜鱼雷最大射程样本容量研究

邓磊明, 侯代文, 刘建兵

2019, 27(1): 083-86. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2019.01.014

[摘要](500) [PDF 415KB](429)

摘要:
试验样本量的确定是试验方案设计的一项重要内容, 是战技指标考核的前提和依据。文中针对助飞反潜鱼雷最大射程样本量确定难题, 采用经典统计方法, 应用假设检验并选用t检验法进行样本容量研究。讨论了样本容量、非中心参数及双方风险三者之间的关系, 通过算例验证给出了助飞反潜鱼雷最大射程评定方法, 从而为助飞反潜鱼雷试验方案设计及最大射程评定提供理论参考。

雷-靶碰撞结构响应仿真分析

李静肖, 陈彦勇, 张涛, 许达

2019, 27(1): 087-92. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2019.01.015

[摘要](455) [PDF 3099KB](315)

摘要:
针对雷-靶碰撞过程中靶体结构及碰撞环境的特殊性与复杂性, 基于船舶碰撞内部机理, 采用流固耦合及附加质量法对鱼雷撞击目标靶时的结构响应进行了有限元仿真, 研究了碰撞过程中靶体的结构损伤以及鱼雷速度及加速度变化。仿真结果表明: 1) 撞击过程具有很强的非线性特征, 撞击角度的变化对雷体运动及靶体变形有一定程度的影响; 2) 鱼雷撞击速度越大, 雷头加速度响应峰值越高, 靶体损伤程度越大。文中所做研究可为目标靶的结构设计及动态特性设计提供参考。

一种基于互谱法的鱼雷末弹道定位方法

朱峰, 朱元林, 刘松海

2019, 27(1): 093-96. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2019.01.016

[摘要](559) [PDF 402KB](265)

摘要:
为提高攻潜鱼雷末弹道测量系统的被动定位精度, 文中提出了一种基于短时互谱法的攻潜鱼雷末弹道被动定位方法, 介绍了运用该方法建立的测量系统, 给出了目标的被动定位算法, 在测量区域内对测角精度、噪声影响以及典型轨迹进行仿真分析。仿真结果表明, 在信噪比为10 dB的条件下, 采用文中的定位方法, 当目标位于距测量子阵80 m, 角度为±40°区域内的弧线上, 测向精度提高0.15°, 典型航迹绝对误差普遍减小0.4 m。文中所做研究可为考核鱼雷效能评估提供参考。

鱼雷RMS学术与型号工程中相关问题的探讨与澄清

孟庆玉, 蒋涛, 杜军

2019, 27(1): 097-107. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2019.01.017

[摘要](538) [PDF 564KB](346)

摘要:
针对近十几年鱼雷可靠性、维修性、保障性(RMS)技术文件与教材中, 关于RMS参数之间的关系、寿命剖面的阶段划分、可靠性合同指标的定义以及可靠性合同指标的协调方面所存在的学术与工程应用现状, 依据装备可靠性基本理论和对国内外关于鱼雷可靠性的军用标准、技术资料及大量数据事实的分析论证, 指出其中存在的问题, 并通过实例论证, 提出了针对这些问题应采取的正确做法。文中研究旨在厘清鱼雷RMS学术与工程应用问题, 为鱼雷武器的研制使用提供更有力的保障。

鱼雷战备保证期的合理制定

孟庆玉, 蒋涛, 王晟

2019, 27(1): 108-112. doi: 10.11993/j.issn.2096-3920.2019.01.018

[摘要](411) [PDF 342KB](248)

摘要:
在鱼雷的研制或已定型型号的保障性技术文件以及相应的教材中, 均对各级战雷的战备保证期规定了定量要求。但业界对于鱼雷战备保证期的定义与模型并未有统一认识, 其所规定的定量要求的合理性也有待商榷。文中依据装备可靠性基本理论, 给出了储存(或装载)战备保证期与储存(或装载)战备保证可靠度的定义与数学模型, 并在此基础上, 通过实例计算分析, 阐明合理制定定量要求的思路与方法, 为鱼雷战备保证期的合理制定提供了参考。

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2019年第27卷第1期

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