基于滑模观测器位置检测的水下推进器直接转矩控制研究

水下推进器是水下航行器的重要组成部分,为提高其转矩响应性能,提出了一种基于滑模观测器位置检测的水下推进器直接转矩控制方法。该方法将一种双曲正切函数引入线反电动势(EMF)滑模观测器,并将该滑模观测器应用于水下推进器直接转矩控制系统中,使得驱动控制系统通过水下推进器线反电动势观测值进行扇区判别与转矩估计,从而获得6个离散的换相信号,实现无位置检测的水下推进器直接转矩控制。仿真试验表明:所提控制方法能够很好地观测线反电动势,提高转矩动态响应,减小系统抖振幅度。     

准二维水下超声速垂直过膨胀射流研究

阐述了水下超声速气体垂直过膨胀射流的准二维实验研究和射流的数值计算结果.利用高速摄影仪在1000帧/s的拍摄速度下实时记录了过膨胀工况下水下垂直射流的喷射状态,清晰显示了水下气体垂直射流的演化过程;并利用专业软件FLUENT,对实验Laval喷嘴内外纯气相流场进行了数值计算,发现喷口附近存在复杂激波区,辅助分析了水下高速气体垂直射流的动态不稳定性形貌.实验与计算表明:在保持较小射流流量和保障较大马赫数的条件下,水下超声速垂直射流在水环境中引发的回击频率会得到减弱;准回击现象的发现证实了这一结论.这对于工程应用中的风口材料的"空蚀效应"的减弱提供了理论依据.     

不依赖GPS的磁图测绘与校正新方法

针对水下磁场测绘中因载体难以经常上浮修正导航误差而导致的测绘结果坐标误差较大的问题,结合磁场测量的特殊性,并采用边导航边校正的思想,提出了一种不依赖GPS的全新磁图测绘方法。首先以惯性导航系统为标准进行第一次测绘并获得具有一定坐标误差的初始磁图,然后对初始磁图进行图形处理与信息提取,在此基础上进行第二次测绘。在第二次测绘中用从初始磁图获得的特征信息结合磁场传感器与惯性器件的输出构建卡尔曼滤波器,从而达到同时修正自身运动状态与初始磁图的目的。理论分析与仿真结果都证实了本方法可以通过两次误差较大的低精度测绘获得精度高得多的测绘结果。     

变深度水下发射系统内弹道实验研究

利用变深度水下发射模拟实验装置开展了变发射深度和发射速度条件下导弹发射系统内弹道研究。建立了描述缩比模型弹在发射筒内运动规律的简化模型,并提出了基于实验结果的运动方程求解方法。通过实验结果分析获得了模型弹的运动摩擦系数和发射速度,并利用高速摄影测量结果对获得的发射速度进行了验证。建立了运动摩擦系数和发射速度的数值拟合关系。结果表明,运动摩擦系数与发射速度呈反向变化规律,并且存在影响运动摩擦系数变化速率的临界发射速度,当发射速度小于临界值时运动摩擦系数变化剧烈,发射速度临界值为18～20 m/s。     

水反应金属燃料能量特性分析

提出了水反应金属燃料与水/金属燃料发动机概念;通过比较多种化学推进剂能量特性,可知水反应金属燃料能量密度明显高于传统火箭燃料,可以预见它在水下高速推进系统中具有广阔应用前景;通过热力计算,分析了水反应金属燃料能量特性的影响因素.     

水下超声速气体射流线性稳定性研究

水下超音速气体射流稳定性是水下推进、水下焊接技术研究的焦点领域。通过建立线化小扰动气液混合流体控制方程,开展水下超音速气体射流线性稳定性研究。控制方程的形式表明射流基本流分布(速度与浓度分布)、雷诺数、无量纲密度、无量纲粘度能够影响水下超音速气体射流稳定性。使用Chebyshev配置点法对控制方程进行求解。计算结果表明射流基本流分布以及无量纲密度是影响射流稳定性的主要因素。射流基本流分布越平缓,射流最大扰动增长率越小;无量纲密度越小,即气液密度差越小,射流最大扰动增长率越小。随雷诺数增加,射流最大扰动增长率先减小后增加,当雷诺数大于105时,射流最大扰动增长率趋于常数。对不同无量纲粘度,射流扰动增长率-特征波数曲线高度重合。同时分析了射流不同截面的稳定性特征,计算结果表明射流最大扰动增长率随距喷口距离增加而减小。这些结论有助于理解水下超音速射流物理过程,为实际应用提供理论指导。     

基于合作博弈论的水下声传感器网络

声学传感器节点之间的合作面临声学信道故障、声学信号的长传播延迟、有限带宽和连接丢失等挑战,成为水下探索和海底监测研究中的关键问题。在节点合作中,可以利用合作通信博弈改善节点之间的合作问题。首先,介绍了水下声传感器网络中影响合作的各种因素,围绕水下通信的可靠性、能耗性、安全性等方面,提出水下合作的分类,并且从不同的角度研究了用于水下声传感器网络的各种合作技术;其次,通过回顾博弈论在节点相互合作中的应用,分析了不同的合作博弈方法,比较了它们在不同指标上的性能;最后,介绍了水下声传感器网络的开放性问题和未来研究方向。     

水下重力匹配定位算法综述

随着重力测量和水下导航技术的发展,惯性/重力匹配导航技术因其精度高、自主性强和航时长等优点,已成为水下自主导航的重要研究方向。惯性/重力匹配导航系统主要由惯性导航系统、重力实时测量、海洋重力场背景图和重力匹配定位算法构成。重力匹配定位算法通过将实时测量的重力异常值与构建的重力场背景图进行匹配,得到水下运载体当前时刻的位置信息,是惯性/重力匹配导航技术的核心。本文详细介绍了重力匹配算法的技术发展现状,重点分析了具有代表性的ICCP算法、SITAN算法、矢量匹配算法及其衍生算法,并对惯性/重力匹配水下自主导航技术的未来发展进行了展望。     

水下爆源位置诱导舰艇总强度鞭状响应规律

基于速度势函数和 Morison相对速度公式,提出了气泡载荷水动力的计算方法,给出了用 Newmark数值求解法求解水下爆炸气泡载荷作用下船体梁动态响应的方法。经模型试验验证后,针对药包在船体梁模型中部位置的情况,研究了炸药深度、爆距和爆点轴向位置对鞭状运动响应的影响规律。研究发现:在其他条件不变的情况下,结构鞭状运动应变幅值随着周期比先增加后减小;鞭状运动应变幅值和长度比呈反比例函数关系;船体梁鞭状运动响 应应变幅值随着长度比先增大后减小。     

水下PNT体系之声学导航定位技术应用展望CSCD

声学导航技术是水下PNT体系的重要组成部分,也是水下PNT建设的一种有效增量手段,应充分利用中高频声学导航技术的隐蔽性和精确性,以及低频声学导航技术的广域性,满足水下用户对水下导航定位能力的隐蔽性、广域性以及精确性需求,有效促进水下导航定位服务能力的持续提升。从水下应用需求出发,研究了声学导航的任务剖面、边界条件和融合方式等,明确其在水下应用的优越性与局限性,最后对我国未来声学导航技术水下应用提出了建议。