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鱼雷型无人水下航行器鲁棒控制器设计 被引量:1
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作者 廉成斌 唐献平 +1 位作者 荆雪燕 郝拥军 《舰船科学技术》 北大核心 2016年第7期77-81,共5页
针对鱼雷型无人水下航行器航行过程中外界环境干扰复杂,航行体系统内部干扰严重的特殊问题,并同时考虑系统参数剧烈变化造成的系统不确定性,设计纵向鲁棒控制器。该控制器采用PID控制器作为标称控制器控制标称受控对象。利用非线性状态... 针对鱼雷型无人水下航行器航行过程中外界环境干扰复杂,航行体系统内部干扰严重的特殊问题,并同时考虑系统参数剧烈变化造成的系统不确定性,设计纵向鲁棒控制器。该控制器采用PID控制器作为标称控制器控制标称受控对象。利用非线性状态观测器估计受控系统中的不确定性和外界环境干扰,并通过补偿控制律补偿,使整个闭环控制系统具有鲁棒性。将此方法应用于鱼雷型无人水下航行器鲁棒控制器的设计,可大大提高鱼雷型无人水下航行器航行过程中对干扰的抑制和对不确定性的适应能力,保证鱼雷型无人水下航行器在整个航行过程中的姿态稳定,以保证航行任务的完成。 展开更多
关键词 鱼雷型无人水下航行器 不确定性 鲁棒控制 非线性状态观测
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无人水下航行器反潜作战模型仿真
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作者 曹迟 史文涛 +1 位作者 王百合 张群飞 《水下无人系统学报》 2025年第1期156-163,共8页
针对反潜作战场景下建立水下武器仿真系统的需求,文中通过分析无人水下航行器(UUV)战术特性,依据UUV反潜战作战规则及打击任务,依次给出了UUV发射控制、线导导引、目标探测、目标搜索跟踪和水下目标攻击等各功能子模块作战全流程,通过... 针对反潜作战场景下建立水下武器仿真系统的需求,文中通过分析无人水下航行器(UUV)战术特性,依据UUV反潜战作战规则及打击任务,依次给出了UUV发射控制、线导导引、目标探测、目标搜索跟踪和水下目标攻击等各功能子模块作战全流程,通过各功能子模块的建模构成完整的UUV反潜作战仿真模型,为水下对抗仿真任务提供了相应的动态链接库以便调用。经仿真验证,构建的UUV仿真模型能够根据使用者提供的敌我位置及声学参数等战场环境信息完成水下反潜打击作战任务,为水下武器对抗仿真系统的建立提供技术支撑。 展开更多
关键词 无人水下航行 动态链接库 反潜作战 仿真系统
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基于控制障碍函数的欠驱动无人水下航行器椭圆障碍物避障制导
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作者 野汶博 方洋旺 +1 位作者 洪瑞阳 胡祁东 《兵工学报》 北大核心 2025年第5期356-368,共13页
为保证无人水下航行器在执行海岸线巡逻、大型船只避碰以及穿越密集岛礁等复杂任务时的安全性,提出一种基于控制障碍函数的椭圆模型障碍物避障方法。在对障碍物进行椭圆形建模的基础上设计包含艏向角约束的控制障碍函数,构建带有约束条... 为保证无人水下航行器在执行海岸线巡逻、大型船只避碰以及穿越密集岛礁等复杂任务时的安全性,提出一种基于控制障碍函数的椭圆模型障碍物避障方法。在对障碍物进行椭圆形建模的基础上设计包含艏向角约束的控制障碍函数,构建带有约束条件的二次规划问题,通过与无障碍环境下的制导律相结合,得到闭式解形式的避障制导律。仿真结果验证了所提方法的有效性,可全局上满足安全性和稳定性要求,对于无人水下航行器在复杂海洋环境中的安全航行具有实际应用价值。 展开更多
关键词 欠驱动无人水下航行 控制障碍函数 椭圆障碍物 避障 制导律 二次规划
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水下无人航行器高速航行下的运动特性及仿真控制研究
4
作者 王磊 任梦晨 +3 位作者 张占阳 李德军 张伟 杨青松 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第6期86-89,共4页
水下无人航行器具有水下活动范围大、机动性好优点,主要用于大范围地形地貌勘探,水下高速长航程航行时,水下航行器运动特性和姿态控制是研究重点。本文建立水下航行器垂直面航行运动模型,分析高速航行下的运动特性。为保证高速航行高效... 水下无人航行器具有水下活动范围大、机动性好优点,主要用于大范围地形地貌勘探,水下高速长航程航行时,水下航行器运动特性和姿态控制是研究重点。本文建立水下航行器垂直面航行运动模型,分析高速航行下的运动特性。为保证高速航行高效稳定,提出PID方法控制纵倾和滑模方法控制深度的组合控制策略。通过仿真试验,开展高速航行运动仿真研究。研究结果表明,在高速航行下,水下航行器会产生一定纵倾,且随着航速增加,纵倾影响会越大,高速状态放大了水下航行器外形上下轻微不对称的特性,诱导产生的垂向水动力及力矩增大,进而引起纵倾;在高速航行条件下,水下航行器能稳定保持定深度长距离航行,控制策略具有很好的适用性。 展开更多
关键词 水下无人航行 运动特性 高速航行 仿真 控制
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基于LQR和ZOA的无人水面水翼航行器耐波性研究
5
作者 水新华 段富海 《水下无人系统学报》 2025年第1期65-73,共9页
文中选取横摇、纵摇和垂荡运动幅值为衡量耐波性的指标,采用线性二次型调节器(LQR),并用斑马优化算法(ZOA)优化LQR参数,完成了无人水面水翼航行器耐波性研究。首先,以无人水面水翼航行器为研究对象,以差动襟翼转动角度和电机推力作为控... 文中选取横摇、纵摇和垂荡运动幅值为衡量耐波性的指标,采用线性二次型调节器(LQR),并用斑马优化算法(ZOA)优化LQR参数,完成了无人水面水翼航行器耐波性研究。首先,以无人水面水翼航行器为研究对象,以差动襟翼转动角度和电机推力作为控制变量,建立其运动学与动力学模型,并将数学模型进行线性化处理;然后,将不规则海浪的质点垂加速度与波倾角作为干扰,采用Simulink进行LQR仿真;以降低无人水面水翼航行器航行过程中的运动幅值为目标,在不同采样频率及种群数量下,分别使用ZOA和粒子群算法对LQR的参数进行寻优并作对比;最后在不同遭遇角的随机海浪干扰下对耐波性指标进行仿真分析,验证LQR和ZOA算法的有效性与可行性,并给出无人水面水翼航行器的合理航向角,为其姿态控制及耐波性研究提供理论参考。 展开更多
关键词 无人水面水翼航行 耐波性 随机海浪 线性二次调节 斑马优化算法
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水下无人航行器发电及储能技术研究 被引量:1
6
作者 黄文飞 张驰 +3 位作者 陈友鹏 陈榕 郑鸿宏 杨承昭 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第1期115-120,共6页
自水下无人航行器出现以来,关于其发电和储能系统的研究就从未停止。对适合长期部署的自供电水下无人航行器的需求一直在增长,需进一步研究小规模海洋梯度能源系统。本文综述了利用海洋热能(海水温差、相变材料和热电发生器)和海洋环境... 自水下无人航行器出现以来,关于其发电和储能系统的研究就从未停止。对适合长期部署的自供电水下无人航行器的需求一直在增长,需进一步研究小规模海洋梯度能源系统。本文综述了利用海洋热能(海水温差、相变材料和热电发生器)和海洋环境能(风能、太阳能和波浪能)的发电技术,总结其优缺点。同时,介绍目前及未来用于水下无人航行器的储能电池,包括锂电池、燃料电池、半燃料电池等。最后,对水下无人航行器电池的未来发展方向进行讨论,为其发电及储能技术发展提供一定参考。 展开更多
关键词 水下无人航行 发电系统 储能系统
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基于壳外换热的水下航行器壳体型线优化
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作者 颉利东 李磊 +4 位作者 郝承明 李毅 曾畅 吴舸 刘明皓 《科技创新与应用》 2024年第29期8-14,共7页
针对水下航行器壳外换热形成的舷外鼓包对总阻力的影响,该文对水下航行器壳体和鼓包型线进行整体优化。首先,以水下航行器壳体型线和舷外鼓包型线设计参数为设计变量,以主尺度为约束条件,以水下直航总阻力为目标建立目标函数;然后,以初... 针对水下航行器壳外换热形成的舷外鼓包对总阻力的影响,该文对水下航行器壳体和鼓包型线进行整体优化。首先,以水下航行器壳体型线和舷外鼓包型线设计参数为设计变量,以主尺度为约束条件,以水下直航总阻力为目标建立目标函数;然后,以初始主尺度进行参数化建模,同时,建立计算域参数化网格模型;最后,利用计算流体力学(CFD)方法分析水下航行器水下直航状态速度场、压力场分布,并根据流场信息对水下航行器壳体入流段、去流段和舷外鼓包区域型线进行优化。优化后的水下航行器摩擦阻力稍有增加,但黏压阻力和总阻力下降明显。通过该文型线优化降低壳外鼓包对总阻力的影响,该文研究结果可为基于壳外换热的水下航行器总体设计提供参考。 展开更多
关键词 壳外换热 水下航行 CFD 阻力 线优化
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无人水下航行器鱼雷攻击智能决策需求与方法探讨 被引量:2
8
作者 马亮 郭力强 +2 位作者 张会 杨静 刘剑 《水下无人系统学报》 2023年第2期323-328,共6页
无人装备的自主技术是当前最具活力的前沿技术领域,提高决策的智能化程度是无人水下航行器(UUV)发展的必然趋势。鱼雷攻击决策是攻击型UUV遂行攻击任务的重要环节,也是形成自组织跨域协同、自主集群对抗等作战能力的基础和前提。从梳理... 无人装备的自主技术是当前最具活力的前沿技术领域,提高决策的智能化程度是无人水下航行器(UUV)发展的必然趋势。鱼雷攻击决策是攻击型UUV遂行攻击任务的重要环节,也是形成自组织跨域协同、自主集群对抗等作战能力的基础和前提。从梳理作战运用特点和典型任务样式出发,总结UUV与有人平台相比存在的优势和不足,分析其不同于传统鱼雷攻击的决策内容,阐述决策功能实现需要解决的关键问题,并结合机器学习技术的发展现状,提出适用于解决观测数据不确定性大、攻击决策实时性难保证和模型感知交互能力弱等方面问题的智能决策方法,可为未来无人装备研制与智能决策领域的研究提供借鉴。 展开更多
关键词 无人水下航行 作战运用 鱼雷攻击 智能决策 学习
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国外大型无人水下航行器发展综述 被引量:48
9
作者 钟宏伟 李国良 +1 位作者 宋林桦 莫春军 《水下无人系统学报》 北大核心 2018年第4期273-282,共10页
当今无人水下航行器(UUV)已成为世界各国海军争相研制的"热点"装备,并纷纷致力于大型UUV的研发。文中通过对大量文献的分析,梳理了美国、俄罗斯、英国及德国等主要海军国家有代表性的大型UUV的发展现状和技术特征,重点介绍了... 当今无人水下航行器(UUV)已成为世界各国海军争相研制的"热点"装备,并纷纷致力于大型UUV的研发。文中通过对大量文献的分析,梳理了美国、俄罗斯、英国及德国等主要海军国家有代表性的大型UUV的发展现状和技术特征,重点介绍了美国主要大型UUV装备的研究进展、应用情况及重要技术指标,展望了大型UUV在动力、多任务、自主性、导航及有效载荷能力方面的发展趋势。 展开更多
关键词 无人水下航行 水下装备 技术指标
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基于BTT控制的无人水下航行器动力学模型 被引量:3
10
作者 张翼超 周徐昌 +1 位作者 沈建森 石汉成 《鱼雷技术》 2012年第1期42-46,共5页
针对传统采用侧滑转弯(STT)控制技术的无人水下航行器(UUV)快速机动时由于侧滑产生较大诱导力矩及其自动驾驶仪三通道间产生较强的耦合而降低其控制系统稳定性的问题,提出了采用倾斜转弯(BTT)控制技术的改进方法。根据UUV的航行动力学... 针对传统采用侧滑转弯(STT)控制技术的无人水下航行器(UUV)快速机动时由于侧滑产生较大诱导力矩及其自动驾驶仪三通道间产生较强的耦合而降低其控制系统稳定性的问题,提出了采用倾斜转弯(BTT)控制技术的改进方法。根据UUV的航行动力学模型与倾斜转弯控制的特点,对UUV空间动力学方程进行了必要的简化,得到了基于BTT控制技术的UUV动力学模型,并从自动驾驶仪设计的简便性出发,提出了利用其法向过载作为状态变量的全状态可测量数学模型,为进一步设计基于BTT控制技术的UUV控制系统提供参考。 展开更多
关键词 无人水下航行 倾斜转弯 动力学模
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约束条件下基于满意模型预测控制的动基座水下无人航行器对接控制 被引量:6
11
作者 张伟 伍文华 +2 位作者 滕延斌 宫鹏 唐业竞 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期108-118,共11页
针对水下无人航行器与运动母船对接过程中存在多种复杂约束,单一优化目标无法满足多目标同时最优的问题,本文通过将满意控制思想引入到模型预测控制中,设计了一种约束条件下的多目标多自由度的满意模型预测控制对接控制器。首先,对动基... 针对水下无人航行器与运动母船对接过程中存在多种复杂约束,单一优化目标无法满足多目标同时最优的问题,本文通过将满意控制思想引入到模型预测控制中,设计了一种约束条件下的多目标多自由度的满意模型预测控制对接控制器。首先,对动基座水下无人航行器对接过程中的多种复杂条件进行详细分析。然后,将水下无人航行器模型按照满意思想进行分布式处理,得到北东位置、深度、纵倾和航向模型。最后,将多种复杂约束分别引入到分布式的水下无人航行器预测模型和目标函数中,进行优化求解。仿真结果表明:该方法在处理多种复杂约束问题上的快速性和稳定性。 展开更多
关键词 动基座水下无人航行 对接 满意模预测控制 预测模 目标函数 滚动时域 回收母船
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无人水下航行器外挂鱼雷稳定性判断 被引量:2
12
作者 周杰 王树宗 张志迅 《鱼雷技术》 2009年第2期15-19,共5页
为分析外挂鱼雷武器后无人水下航行器的稳定性,首先确定了鱼雷的外挂位置,建立了无人水下航行器外挂鱼雷的运动模型,并将模型简化为纵向运动和横向-横滚运动。在详细分析了鱼雷对无人水下航行器作用力的基础上,建立了扰动方程并进行了... 为分析外挂鱼雷武器后无人水下航行器的稳定性,首先确定了鱼雷的外挂位置,建立了无人水下航行器外挂鱼雷的运动模型,并将模型简化为纵向运动和横向-横滚运动。在详细分析了鱼雷对无人水下航行器作用力的基础上,建立了扰动方程并进行了拉氏变化,根据稳定性判据获得了无人水下航行器外挂鱼雷稳定性判断的条件。 展开更多
关键词 无人水下航行 鱼雷 运动模 稳定性 扰动方程 拉氏变化
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水下无人航行器编队协同搜索研究综述 被引量:1
13
作者 王中 温志文 蔡卫军 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第2期57-62,共6页
随着水下无人航行器(UUV)及相关技术的发展,UUV已被广泛用于执行扫雷、侦察、情报搜索及海洋探测等任务。通过多UUV编队协同,可克服单UUV探测、捕获目标能力有限、作战效能不高的弱点,以满足应对多种复杂任务需求。作为UUV编队协同关键... 随着水下无人航行器(UUV)及相关技术的发展,UUV已被广泛用于执行扫雷、侦察、情报搜索及海洋探测等任务。通过多UUV编队协同,可克服单UUV探测、捕获目标能力有限、作战效能不高的弱点,以满足应对多种复杂任务需求。作为UUV编队协同关键任务之一,UUV编队协同搜索是当今水下协同研究中的一个重要方向。本文综述UUV编队协同搜索的应用研究和方法研究进展情况,分析探讨了UUV编队协同搜索面临的挑战和应用进展。研究成果对进一步发展未来水下无人集群协同具有一定参考意义。 展开更多
关键词 水下无人航行 编队协同 搜索方法
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水下无人航行器多目标优化设计研究进展
14
作者 吴昌脉 景易凡 +1 位作者 王斌 阮华 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第10期9-15,共7页
水下无人航行器设计具有参数多、目标性能相互耦合的特点,传统设计方法在平衡各个设计目标过程中占用过多时间和计算资源,影响设计进程。多目标优化方法通过多性能的参数化建模给水下无人航行器的优化设计提供了简洁有效的解决方案,提... 水下无人航行器设计具有参数多、目标性能相互耦合的特点,传统设计方法在平衡各个设计目标过程中占用过多时间和计算资源,影响设计进程。多目标优化方法通过多性能的参数化建模给水下无人航行器的优化设计提供了简洁有效的解决方案,提升了设计效率与质量。本文对多目标优化方法在水下无人航行器设计上的研究进行整理与总结,首先概述多目标优化方法的优化机理,强调水下无人航行器多目标优化设计的优势性;其次围绕外形、结构、动力推进等几个设计方向上的多目标问题,总结归纳了当前的研究进展;最后结合未来发展趋势,提出水下无人航行器多目标优化设计的发展设想,旨在为相关技术研究提供有益借鉴与参考。 展开更多
关键词 水下无人航行 多目标问题 优化设计
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水下无人航行器实时轨迹跟踪控制方法研究
15
作者 王丽 幽瑞超 +1 位作者 苏丽亭 张连超 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第11期115-118,共4页
针对水下无人航行器受外界不确定因素影响产生航行准确度低的问题,研究水下无人航行器实时轨迹跟踪控制方法。分析水下无人航行器运动特性,设计基于贝叶斯神经网络的水下无人航行器自适应控制器,以水下无人航行器的参考速度信号为网络输... 针对水下无人航行器受外界不确定因素影响产生航行准确度低的问题,研究水下无人航行器实时轨迹跟踪控制方法。分析水下无人航行器运动特性,设计基于贝叶斯神经网络的水下无人航行器自适应控制器,以水下无人航行器的参考速度信号为网络输入,通过网络的不断训练,输出控制力矩,促使水下无人航行器的航行点与预设航行位误差趋近于0,完成实时轨迹跟踪控制。实验结果表明,该方法可完成直线轨迹、圆形曲线轨迹的跟踪控制,且航行点与预设航行位误差小、收敛快、波动次数少,具备轨迹跟踪控制抗干扰能力强、适应能力强的优势。 展开更多
关键词 水下无人航行 轨迹跟踪控制 贝叶斯神经网络 自适应控制 预设航行
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无人水下航行器外挂鱼雷武器运动矢量建模与仿真
16
作者 周杰 王树宗 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第9期1192-1197,共6页
为建立外挂鱼雷武器的无人水下航行器(UUV)的空间运动矢量模型,本文首先根据稳性计算和流体动力仿真计算,确定外挂鱼雷的最佳位置。接着基于经典的动量和动量矩定理,推导外挂鱼雷武器的UUV运动矢量模型,同时重点分析了作用在无人航行器... 为建立外挂鱼雷武器的无人水下航行器(UUV)的空间运动矢量模型,本文首先根据稳性计算和流体动力仿真计算,确定外挂鱼雷的最佳位置。接着基于经典的动量和动量矩定理,推导外挂鱼雷武器的UUV运动矢量模型,同时重点分析了作用在无人航行器上的流体动力和力矩,以及鱼雷对无人航行器的反作用力和力矩。并在建立的外挂鱼雷武器的UUV六自由度空间运动模型的基础上进行了仿真计算,并对仿真结果进行了分析。 展开更多
关键词 应用力学 无人水下航行 鱼雷 矢量模 外挂 仿真模块
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多功能遥控水下无人航行器阻力特性研究
17
作者 胡测 王光越 李坤 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第23期88-92,共5页
针对深海目标探测、打捞作业的安全、高效要求,研制一型多推进系统矢量配置的多功能遥控水下无人航行器。针对航行器系统配置和作业性能参数,首先采用流体力学方法分析计算多种工况下外形阻力和脐带电缆阻力特性,通过水平面多推进器环... 针对深海目标探测、打捞作业的安全、高效要求,研制一型多推进系统矢量配置的多功能遥控水下无人航行器。针对航行器系统配置和作业性能参数,首先采用流体力学方法分析计算多种工况下外形阻力和脐带电缆阻力特性,通过水平面多推进器环形矢量配置和垂直面推进器对称分布配置,解耦垂直面和水平面运动,实现航行器高效多自由度运动。然后,根据推进器的性能和不同工况下航行器阻力特性计算分析,拟合阻力、动力、速度关系曲线,校验推进系统配置的合理性。最后对比分析阻力特性与推进器推力输出特性,结果表明航行器动力配置方式及推进器效能满足航行器机动作业性能要求。 展开更多
关键词 遥控水下无人航行 航行阻力 脐带电缆阻力 阻力匹配
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一种打击大型水下航行器中间部位的垂直命中方法
18
作者 张美茹 温志文 刘艳波 《水下无人系统学报》 2024年第5期916-922,共7页
受探测系统目标瞄准点在大型水下航行器上随机漂移的影响,工程应用中经常会出现高速攻击型无人水下航行器(UUV)在大型水下航行器前后两侧垂直穿过而导致目标脱靶的情况。针对上述问题,文中提出一种新的垂直命中导引方法,利用探测系统多... 受探测系统目标瞄准点在大型水下航行器上随机漂移的影响,工程应用中经常会出现高速攻击型无人水下航行器(UUV)在大型水下航行器前后两侧垂直穿过而导致目标脱靶的情况。针对上述问题,文中提出一种新的垂直命中导引方法,利用探测系统多周期数据实现垂直命中大型水下航行器中间部位的目的,并进行了统计仿真,仿真结果表明该方法对制导参量敏感程度较低,对UUV与目标航行器相对阵位的适应能力强,在现有制导参量精度要求条件下能够满足垂直命中工程要求,考虑命中部位时,可垂直命中大型水下航行器中间部位,垂直命中概率有明显提高。文中提出的方法具有合理性和可行性,能够提高对大型水下航行器的毁伤效果。 展开更多
关键词 无人水下航行 目标瞄准点 垂直命中导引 多周期数据 探测系统
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潜载无人水下航行器自航布放内弹道模型与仿真 被引量:1
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作者 许智生 郭彬 +1 位作者 郑立捷 邵志卫 《中国舰船研究》 2014年第1期111-115,共5页
通过对等截面鱼雷发射管自航布放无人水下航行器(UUV)过程中的受力进行分析,建立内弹道的数学模型,并对UUV自航布放的出管时间和出管速度进行实时仿真,同时,还对几种典型口径UUV自航布放过程中的阻力变化规律进行对比和分析,从理论上对... 通过对等截面鱼雷发射管自航布放无人水下航行器(UUV)过程中的受力进行分析,建立内弹道的数学模型,并对UUV自航布放的出管时间和出管速度进行实时仿真,同时,还对几种典型口径UUV自航布放过程中的阻力变化规律进行对比和分析,从理论上对UUV自航出管的可行性进行论证。仿真结果表明,选取500 mm口径的UUV,通过潜艇的等截面鱼雷发射管进行自航布放完全可行。 展开更多
关键词 无人水下航行 潜艇 自航布放 内弹道模 仿真 流体阻力
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无人水下航行器搭载鱼雷发控的可行性研究 被引量:1
20
作者 李龙飞 《电声技术》 2016年第3期50-56,64,共8页
针对无人水下平台实施反潜作业时指控系统的构建以及水下平台携载武器的性能参数等问题,研究了水下平台携载武器的发射初期的弹道与发射参数的关系;具体设计了无人水下平台实施反潜作业的指控系统架构图和发射参数与初始弹道的关系的三... 针对无人水下平台实施反潜作业时指控系统的构建以及水下平台携载武器的性能参数等问题,研究了水下平台携载武器的发射初期的弹道与发射参数的关系;具体设计了无人水下平台实施反潜作业的指控系统架构图和发射参数与初始弹道的关系的三自由度仿真;提出了水下武器的发射速度和管制舵角的设置区间。通过仿真实验验证了发射参数与初始弹道的关系,实验结果表明:只有发射速度和管制舵角处于合理的区间内,携载武器才能保持合适的初始航行姿态,使命中目标的概率得到大幅提升。 展开更多
关键词 串行数字接口(SDI) 反潜战 指挥控制 无人水下航行 鱼雷
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