超空泡射弹对反鱼雷作战体系贡献率的评估

超空泡射弹具有水下高速打击能力,在应对来袭鱼雷攻击时,可以选择精准点射或密集发射形成弹幕的方式有效拦截目标。超空泡射弹与其他反鱼雷武器一同构成水下防御网,为作战样式提供更多选择。 首先利用层次分析法,确定反鱼雷作战的各项能力指标权重;然后针对不同武器的作战能力,分别设计不同的品质效用函数,由此计算出具体的能力赋值。最后,通过模型计算出超空泡射弹在反鱼雷作战中的体系贡献率,以此推动与之相关的超空泡发生器、水下制导和水下高速推进系统等关键技术得到足够的重视和发展, 为后续研制生产和尽快投入部队形成战斗力提供参考。     

高速射弹小角度入水弹道特性分析

为了研究高速射弹小角度入水空泡发展与弹道特性,开展了入水角度为20°时的高速入水试验研究。高速射弹由空气炮加速获得入水初速,利用高速摄像实现对入水空泡形态的记录,由内测单元记录射弹入水过程的运动参数。试验发现入水初期形成了光滑透明的空泡,射弹以超空泡状态近直线弹道运动;由于横滚角速度和俯仰角速度的存在,射弹入水后形成了尾拍+旋转滑水耦合运动特征。基于VOF多相流模型和空化模型,结合动网格技术,对试验工况进行数值仿真。结果表明：仿真获得的空泡形态、弹道特性与试验结果吻合度高,该方法可有效预报入水弹道。     

超空泡滑行力模型的几点思考

国内外许多研究超空泡的论文中,经常会引用PARYSHEV的滑行力模型,但是在引用时会出现2个现象：1）引用的模型虽然在数学形式上基本相同,但是在细节上有各种变体,其中一些是符号抄错的数学表达式,也被误认为是一种新模型;2）看到PARYSHEV模型的数学形式中仅包含航行体尾部最后截面的参数,因此误认为PARYSHEV模型只研究了尾部截面的受力而没有考虑全部浸湿面上的受力。显然,如果在PARYSHEV模型的“误解”基础上开展对弹道、稳定性及控制方法等研究,就有可能包含从“误解”而得到的“新发现”,导致对超空泡的研究带来弯路。为了澄清PARYSHEV模型的关键点及其物理意义,对PARYSHEV等学者的研究思路进行了梳理,以一种较易理解的简洁方式,推导了定常滑行力的解析表达式,并直接给出了对飞溅水花的修正,最后指出了模型的改进方向。     

超空泡技术在反潜作战中的应用设想

随着反潜深度加大,反潜距离增加,当前反潜作战的难度越来越高。对反潜武器作战装备的发展现状进行了概述,分析了现有反潜作战样式的不足;阐述了超空泡武器的发展现状与优势,提出了应用超空泡技术,发展一种依托火炮平台发射超空泡反潜弹药的初步设想,并对超空泡反潜弹药的弹道性能进行了仿真计算,文末展望了该型反潜弹药的应用前景。     

全姿态水下移动平台模式切换姿态控制研究

为了适应复杂海洋环境中多样性的观探测任务需求,本文提出了一种融合Argo浮标、水下滑翔机（Glider）和自治式水下机器人（Autonomous Underwater Vehicle,AUV） 3种工作模式的全姿态水下移动平台（All-attitude Multimode Underwater Vehicle,AMUV）。首先,基于3种水下移动平台的工作原理,建立了AMUV的六自由度动力学模型;然后,针对动力学模型中的非线性耦合特性及模式切换过程中的驱动位形变化等问题,基于比例、积分、微分控制器（Proportional Integral Derivative,PID）与模糊控制概念,设计了不依赖于数学模型的自适应模糊PID姿态控制器,实现了AMUV多模式切换过程中的姿态控制;最后,开展多模式切换控制仿真实验,将自适应模糊PID控制器与传统PID控制器仿真结果进行对比,并设计了全模式任务工况,仿真结果表明,本文提出的控制器能够精确和稳定地控制AMUV进行多种工作模式的相互切换。     

直立式水下驻留平台座底稳定性分析

建立了适用于大攻角状态的水下平台六自由度数学模型,使用四元数替代欧拉角描述平台姿态,以消除某些特殊情况下因平台姿态变化或个别欧拉角不确定性导致的运动方程奇异现象。 基于弹性力学相关理论建立符合海底真实物理特性的弹塑性数值模型,将座底平台-海底间交互作用与平台空间运动模型相结合,预报直立式平台座底驻留后对海流作用的运动响应,分析平台座底稳定性,为后续设计提供参考。     

海水对海洋平台声发射传播特性影响研究

针对海洋平台水下钢结构无损检测的需要,研究在空气、淡水和海水作为耦合介质的情况下,声发射波在钢结构传播过程中幅值和能量的变化趋势,以及幅值和能量损失的原因。基于声发射波反射原理,分析声发射波在钢结构中传播的多径效应及波形转换特性,并解释了时域波形发生分离的原因。根据实验结果,分析了盐度对声发射波传播特性的影响。该项研究为提高海洋平台声发射检测中故障源的精确定位提供了实验依据。     

水下拖曳航行器水动力和拖缆姿态仿真分析

水下拖曳航行器是被广泛应用的水下监测平台。为掌握水下拖曳航行器的水动力及其拖揽姿态,文章通过CFD仿真分析计算其零攻角下的阻力系数,并通过多刚体-球铰模型建立其运动数学模型,分析不同航速下拖曳系统的总拉力、拖缆长度和航行器位置等的参数变化。研究结果表明：随着船舶航速的变化,拖曳系统各项参数变化的差别很大;在200 m深度时,6 kn航速相比4 kn航速的总拉力增加73%,而所需的拖缆长度仅增加1%。该数学模型可对不同航速下的水下拖曳系统的总拉力和拖缆姿态等做出预测,为拖曳系统设计提供技术支撑。     

基于扩展单调速率算法的水下平台通信系统

针对水下平台工作环境复杂、通信实时性和可靠性要求高的特点,设计了一套分布式冗余通信系统。该通信系统以西门子PLC S7-400H和工控机为主控制器,基于波分复用技术建立了冗余的光纤传输通路;同时提出了一种新型的扩展单调速率算法,对水下平台的任务进行了优先级分配,并基于此算法进行了通信系统软件设计。经过可靠性分析和半实物仿真试验验证,该通信系统的实时性、可靠性及冗余机制符合设计要求,可以成功应用于水下平台,效果良好。     

小型水下运载器快速上浮导弹发射过程扰动分析

区别于传统潜艇发射导弹,小型水下运载器由于尺寸小、重量轻、上浮速度快,导弹发射过程对其动力学特性具有重要影响。针对小型快速上浮运载器,对上浮过程、发射过程及开盖过程扰动进行建模,并对典型上浮发射导弹过程进行仿真分析。结果表明,开盖及发射过程对运载器弹道及姿态的扰动较小,而对上浮速度影响较大,发射后运载器控制效率显著下降。     

超空化发展初始阶段通气空化非定常流动特性研究

为了进一步了解通气超空化发展初始阶段的流动特性,采用实验与数值计算的方法对绕锥头回转体通气超空化发展初始阶段的流场结构进行研究。 结果表明:反向射流使附着在回转体肩部的透明空泡破灭,在反向射流与通气气体共同作用下,附着空泡内部形成一个大尺度旋涡结构,此旋涡结构与主流相互作用逐渐分裂成多个小尺度的旋涡结构,最终形成脱落空化涡。     

基于磁场解析弹体飞行俯仰角的算法研究

为了解决弹体飞行俯仰角解算问题,对利用地磁传感器解算弹体俯仰角的算法进行研究。 通过分析算法,研究了利用地磁传感器解算俯仰角的原理方程,并对此进行了仿真试验和实物实验。 试验结果表明:利用地磁传感器解算方法可以实现旋转弹体俯仰角的测量,并有效地抑制了误差,实用价值高。     

连续冲击条件下水下潜器运动姿态估计方法

基于潜器水下状态的平衡方程,建立了潜器运动模型。通过对水锤压力的数值仿真计算,建立了潜器航行体发射时的运动控制模型。根据这一数学模型,计算分析了潜器在完整火箭发射后效（发射冲击与完整的水锤效应）作用下的运动响应和运动控制。结果表明：发射单枚航行体对潜器运动姿态有较长时间的影响,潜器的初始速度越大,影响程度越小,影响时间越短。通过操舵和压载水舱的调节,可以对潜器的运动进行较满意的控制,在一定范围内控制效果随着初始航速递增。     

Impact Analysis of Air Gap Motion with Respect to Parameters of Mooring System for Floating Platform

In this paper, the impact analysis of air gap concerning the parameters of mooring system for the semi-submersible platform is conducted. It is challenging to simulate the wave, current and wind loads of a platform based on a model test simultaneously. Furthermore, the dynamic equivalence between the truncated and full-depth mooring system is still a tuff work. However, the wind and current loads can be tested accurately in wind tunnel model. Furthermore, the wave can be simulated accurately in wave tank test. The full-scale mooring system and the all environment loads can be simulated accurately by using the numerical model based on the model tests simultaneously. In this paper, the air gap response of a floating platform is calculated based on the results of tunnel test and wave tank. Meanwhile, full-scale mooring system, the wind, wave and current load can be considered simultaneously. In addition, a numerical model of the platform is tuned and validated by ANSYS AQWA according to the model test results. With the support of the tuned numerical model, seventeen simulation cases about the presented platform are considered to study the wave, wind, and current loads simultaneously. Then, the impact analysis studies of air gap motion regarding the length, elasticity, and type of the mooring line are performed in the time domain under the beam wave, head wave, and oblique wave conditions.     

Analysis of Wave Loads on A Semi-Submersible Platform

For the global and structural fatigue strength analysis of a semi-submersible platform, wave loads under design conditions are calculated by use of the three-dimensional boundary element method. Methods for calculating the forward-speed free-surface Green function are discussed and a computer program with this Green function is developed. According to the special rules, the wave loads under several typical design conditions of the platform are calculated. The maximum vertical bending moment, torsion moment and horizontal split force are determined from a series of contour maps of wave loads for the wave period of 5 to 18 seconds at a certain interval and the wave phase of 0°to 360°at a certain interval. The wave height is determined by the function of wave period with a given exceedance probability. The maximum wave loads under the combination of wave parameters are used as the input of hydrodynamic pressure in the three-dimensional finite element analysis process. The transfer functions of wave loads     

一种潜标的水下姿态变化规律分析

采集了布放和工作过程中锚系结构潜标的姿态变化信息,分析了潜标布放和工作过程姿态变化的规律。水下潜标存在一个周期40 s左右的沿竖直轴线的旋转振荡,同时还存在倾斜和俯仰变化。经分析,造成潜标旋转振荡的原因是柔性缆的扭力与潜标转动时尾翼的阻力相互作用,使潜标沿回转轴振荡。造成潜标倾斜的原因是标志浮标受风浪影响对潜标产生拉力。提出了在缆绳上加装自由转环以消除缆绳扭力、改变标志浮标系留位置等改进措施。重点列出了不同阶段的姿态变化曲线,通过曲线显示的信息可以回溯当时的工作环境和过程。     

单点系泊潜标系统动力学建模与姿态分析

通过对单点系泊潜标进行动力学分析,利用集中质量法建立系统的动力学模型,编制Matlab仿真程序,通过数值模拟获取不同海流条件下,分析潜标系统的姿态。文中将一个典型潜标系统的浮球、锚链、重力锚等部件,利用集中质量法简化为节点,通过模拟真实环境中的海流流速在垂直方向的分布,设计1～5 m/s的流速剖面分布。将节点的物理参数和海流参数代入仿真程序中,得到各节点的姿态、节点间张力以及重力锚与海底摩擦力等数据。分析仿真结果,海流流速与节点的偏降、节点间的张力以及重力锚与海底的摩擦力成正比,仿真结果与实际情况相符。文中设计的建模方法和仿真程序可以为单点系泊潜标的总体设计、姿态估算、锚系配置提供工程参考。