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超空泡水下航行器空问运动建模与弹道仿真李代金,罗凯,党建军,王育才,张宇文引言摘要:在包含超空泡“时间延迟”效应的基础上,建立了超空泡水下航行器空间运动模型。模型中体现了机动条件下空泡中轴线相对航行器中轴线的偏移产生的流体动力及力矩。为考察该模型在强机动条件下的准确性,进行了弹道仿真分析。结果表明所建立的模型能够描述航行器机动运动的特性;同时表明在实施极限操舵模式时,舵角极限量是影响姿态角对舵角振荡特性的关键因素。该结论对超空泡水下航行器控制技术研究具有重要意义。关键词:液体力学;超空泡水下航行器;空泡时间延迟;空间运动模型;弹道仿真中图分类号:.文献标志码:文章编号:超空泡水下航行器有能力达到传统沾湿航行器难以企及的高航速,但由于航行器与超空泡之间复杂的相互作用,致使超空泡航行器的流体动力特性、响应特性表现出与沾湿航行器有极大的不同,给航行器的建模带来很大难度。超空泡航行器的流体动力特性主要取决于航行器与空泡的相互耦合关系,空泡的“时间延迟”效应将影响主体空泡的流型和超空泡对航行器的包络性¨。,导致航行器与主体空泡之间不可避免地出现沾湿,引起航行器受力失衡。因此在建立系统的空间运动模型时,应充分考虑超空泡“时间延迟”效应的影响。取。指出超空泡航行器的动力学特性展现出斜坡不连续性的力学曲线和时间延迟效应。等研究了超空泡航行器俯仰平面的动力学特性,试验方法研究了航行器后体与空泡壁面的“尾击”特性。等研究了两自由度模琇—琖籺第卷第月兵工学报鞅惫ひ荡笱Ш胶Qг海挛魑靼,珻:—瑃甌籾—,篺籾籺;作者简介:李代金,男,讲师。:,——收稿日期:——琋,’
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.似。帅超空泡航行器运动学与动力学建模系的街嵩诘孛孀晗礝VF矫嫔系耐队柏搿地面坐标系V岬募薪牵焙叫衅魍凡科虺稹轴左侧时,妒为正;横滚角妒是随体坐标系的,轴垂平面之间的夹角,从尾部向头部方向看,以轴偏阵为环粗伤嫣逑档降孛嫦档淖曜;痪卣为淖V茫碿:.咖型”A袅撕叫衅饔肟张萁哟ナ钡姆窍咝曰力,被众多学者所引用作为研究超空泡航行器控制问题的对象模型。贙等的工作建立了超空泡航行器的六自由度动力学模型”治隽顺张航行器的动力学特性,该模型并未考虑空泡的时间延迟效应。¨诳张莨潭ㄇ液叫衅髯葜嵊肟泡中心轴线重合的假设,建立了六自由度模型,通过对特定工作点附近的稳定性分析结果表明,在无控制条件下,超空泡航行器纵向和侧向运动都是不稳定的。综合来看,国外对超空泡航行器动力学建模与仿真的研究方面呈现出由浅入深的态势,较深入地研究了空泡与航行器之间的复杂耦合作用,但对于“时间延迟”效应影响的研究鲜有文献。国内仅有为数不多的学者进行了超空泡航行器建模与仿真问题的研究,这其中的多数又忽略了“空泡延迟效应”的影响¨“1疚幕贙等的研究思路,系统地建立了考虑超空泡“时间延迟”效应的机动超空泡水下航行器空间运动模型;通过对全弹道的仿真分析可知,所建立的空间运动模型足以描述超空泡水下航行器机动运动特性。研究结论对超空泡水下航行器的控制技术研究具有重要意义。坐标系的建立为了准确描述超空泡水下航行器的运动及流体动力,必须首先建立适当的坐标系。本文根据常规水下航行器坐标建立习惯和造船与轮机工程学会术语公报的坐标体系,建立地面坐标系亍洹⑺体坐标系和速度坐标系’痾’.其中,地面坐标系与地球固连,坐标原点常选在发射点,地面坐标系