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工学硕士学位论文
水下超空泡航行体通气控制系统设计

硕士研究生:史志波
导师:王聪教授
申请学位:工学硕士
学科、专业:一般力学与力学基础
所在单位:飞行器动力学与控制研究所
答辩日期:2008 年 6 月 30 日
授予学位单位:哈尔滨工业大学
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Dissertation for the Master Degree in Engineering

DESIGN OF THE
VENTILATION CONTROL SYSTEM
OF THE SUPERCAVITATION UNDERWATER
VEHICLE

Candidate: Shi Zhibo
Supervisor: Prof. Wang Cong
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Speciality: General Mechanics and
Foundation of Mechanics
Affiliation: Spacecraft Dynamics and
Control Institute
Date of Defence: June, 2008
Degree-Conferring-institution: Harbin Institute of Technology
摘要
摘要

超空泡技术在水下航行体上应用前景十分广泛,由于超空泡的减阻效
应,使得其在水下航行体超高速运动中阻力减少 90%以上。超空泡主要有
两种形态--自然超空泡和通气超空泡。使用通气的方法有助于在水下航行体
上获得更稳定的空泡状态。
本文在超空泡的理论基础上,运用智能控制系统--模糊控制技术对水下
航行体的内置通气系统进行设计。应用先进的流量测量技术,选用技术成
熟、调节稳定的电子式电动调节阀为执行机构,通过热式质量流量计测量气
体流量,依据智能控制技术—模糊控制,以单片机为核心控制器,结合专家
经验和经验公式,作为模糊控制的控制量依据。
其次,根据哈尔滨工业大学水洞通气系统设计方案,运用模糊控制技术
在 MATLAB 软件上对 fuzzy 控制和 PID 控制的效果进行比较。并在此基础
上对误差变化、误差变化率以及控制量的量化因子变化进行比较。
最后,对内置通气系统进行硬件与软件的设计。硬件上采用以单片机
AT89S51 为处理器,TLC549 和 TLC5620 的模数与数模转换电路,应用键
盘接口技术,采用先进气源--废热循环技术,实现内置系统的硬件搭构。软
件以 MC-51 语言编写,在 uVision 上进行调试,并在 MATLAB 软件上进行
仿真试验,实现内置通气控制系统的稳定、可靠运行。
本文设计内置通气控制系统,能够完成对通气系统的气体流量进行自动
控制,其控制精度,稳态误差和响应时间均达到了试验要求。

关键词水下航行体; 超空泡;通气控制系统; 模糊控制; 单片机
- I -
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract

Supercavitation technology will be applied widely on the underwater vehicle.
Because of the supercavitation’s anti-drag effect, which could reduce about 90%
of the drag of water applying on the underwater super high-speed vehicle. There
are main two type supercavities, one is nature supercavity and the other is
ventilation supercavity. The later could gain stabler supercavity than the former
do.
First, on the base of the supercavitation’s theory, the thesis applied
intellective