AUV槽道推进器水动力学性能分析

1

作者 张冬楠 张敏革 +3 位作者 王昌强 谢明杰 徐虎 陈武进 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第5期76-81,共6页

为研究槽道推进器在AUV槽道内的水动力性能,基于一款AUV槽道结构设计一款槽道推进器,采用计算流体力学(CFD)方法对包含槽道推进器在内的AUV进行系泊条件及有横移速度时的数值模拟,通过对AUV外部流场与槽道内流场进行分析,探究了在以上2... 为研究槽道推进器在AUV槽道内的水动力性能,基于一款AUV槽道结构设计一款槽道推进器,采用计算流体力学(CFD)方法对包含槽道推进器在内的AUV进行系泊条件及有横移速度时的数值模拟,通过对AUV外部流场与槽道内流场进行分析,探究了在以上2种情况下槽道推进器正反转产生的推力、扭矩及功率等特征。结果表明,AUV横移时所需要的横向总推力不仅由槽道推进器提供,AUV艇身由于螺旋桨抽吸作用产生的压力差也会提供一定的附加推力;在系泊条件下,槽道推进器提供的横向推力占比为53.2%~54.0%,AUV艇身提供推力占比为38.6%~39.3%,并且螺旋桨正转时,桨推力、扭矩及功率与反转时的数值相差3.8%;当有横移速度时,横向总推力主要由槽道推进器提供,AUV艇身提供的推力占比为12.8%。 展开更多

关键词 槽道推进器 水动力性能 横向推力 推力占比

在线阅读 下载PDF 职称材料

轮缘驱动泵喷推进器的导管性能优化方法研究

2

作者 张璇 张敏革 +2 位作者 王海旭 王新锐 孙通帅 《舰船科学技术》 北大核心 2025年第9期46-51,共6页

为得到适用于新型轮缘驱动泵喷推进器的导管,在传统泵喷推进器导管的基础上进行性能优化方法研究十分必要。利用CFD数值模拟方法对比了4种剖面型线的导管对推进器敞水性能的影响。结果发现,各进速系数下,与1号导管相比,其他三款导管推... 为得到适用于新型轮缘驱动泵喷推进器的导管,在传统泵喷推进器导管的基础上进行性能优化方法研究十分必要。利用CFD数值模拟方法对比了4种剖面型线的导管对推进器敞水性能的影响。结果发现,各进速系数下,与1号导管相比,其他三款导管推进器的推力系数最大降低了123%,扭矩系数最大降低了37.19%。1号导管推进器的敞水效率也均高于其他三款推进器,并且随着进速系数J的增加,差距越来越大。1号导管推进器的敞水效率比2号最大提高了12.90倍,比3号最大提高了3.32倍,比4号最大提高了49.92%。并且1号导管推进器的最高效率点对应的进速系数J更大,说明1号导管推进器相比另外三款来说更能够兼顾高低航速进行使用。 展开更多

关键词 轮缘驱动 泵喷推进器 导管 敞水性能

在线阅读 下载PDF 职称材料

轮缘驱动泵喷推进器的螺旋桨性能优化方法 被引量：1

3

作者 张敏革 王新锐 +2 位作者 韩光哲 李茂 仇景 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第12期46-52,共7页

为得到适用于新型轮缘驱动泵喷推进器的螺旋桨,在传统泵喷推进器螺旋桨的基础上进行性能优化方法研究十分必要。利用CFD数值模拟方法对推进器进行水动力仿真,分别对比3个不同的螺旋桨孔径比和3种桨叶厚度分布方案对推进器敞水性能的影... 为得到适用于新型轮缘驱动泵喷推进器的螺旋桨,在传统泵喷推进器螺旋桨的基础上进行性能优化方法研究十分必要。利用CFD数值模拟方法对推进器进行水动力仿真,分别对比3个不同的螺旋桨孔径比和3种桨叶厚度分布方案对推进器敞水性能的影响。对比结果发现小孔径比对推进器敞水性能更为有利,其中0.1孔径比推进器比0.3孔径比推进器的敞水效率最大提升了3.25%。厚度反置导致轮缘驱动螺旋桨高半径处压力分布不均匀,扭矩大幅提升,敞水效率大幅降低。轮缘驱动螺旋桨的厚度越小,扭矩越低,敞水效率越高,其中方案C桨的扭矩比方案A最大降低了21.74%,敞水效率最大提升了12.9%。 展开更多

关键词 轮缘驱动 泵喷推进器 螺旋桨 扭矩平衡

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于动态矩阵方法的欠驱动AUV运动控制研究

4

作者 王晓鸣 田奇睿 +2 位作者 陈凯 张桐瑞 忻加成 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第20期80-86,共7页

为解决欠驱动自主水下机器人(AUV)在航行过程中的控制问题,提高其抵抗外部干扰的能力,设计一种新型控制器,该控制器以模型预测控制策略中的动态矩阵控制(DMC)方法为主回路控制器,其目的是通过模型预测与反馈校正的特点使AUV获得良好的... 为解决欠驱动自主水下机器人(AUV)在航行过程中的控制问题,提高其抵抗外部干扰的能力,设计一种新型控制器,该控制器以模型预测控制策略中的动态矩阵控制(DMC)方法为主回路控制器,其目的是通过模型预测与反馈校正的特点使AUV获得良好的跟踪能力。此外,副回路控制器采用频率较高的增量式PID的控制方法,通过优化模型预测向量,设计模型调控参数,最终获得反应速度良好的内回路控制器,其作用是快速抑制突发性扰动。最后,将此控制器应用于AUV首向与深度的仿真实验中,通过仿真实验,验证了该控制器不仅能够满足AUV的控制需求,同时在面对外部时变干扰时具有较好的鲁棒性。 展开更多

关键词 自主水下机器人 动态矩阵控制 PID 串级控制

在线阅读 下载PDF 职称材料

改进型自抗扰在ROV位姿控制中的应用 被引量：1

5

作者 王翻 武建国 +2 位作者 王晓鸣 梁胜国 王顺 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第18期91-98,共8页

为提高水下机器人(ROV)在水域环境中的位姿控制能力,结合传统自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)策略中fal函数在分段处过渡不够平滑的特点,提出一种新型非线性函数,用以改进传统fal函数。利用双曲正切函数在原点... 为提高水下机器人(ROV)在水域环境中的位姿控制能力,结合传统自抗扰控制(Active Disturbance Rejection Control,ADRC)策略中fal函数在分段处过渡不够平滑的特点,提出一种新型非线性函数,用以改进传统fal函数。利用双曲正切函数在原点附近单调递增且连续光滑的特征,通过多项式拟合的方法构建出非线性函数sfal函数,然后使用李雅普诺夫方法对sfal函数进行稳定性分析,基于sfal函数给出扩张状态观测器的一般形式,并由此设计改进的ADRC控制器,通过对控制对象ROV搭建数学模型,利用Matlab/Simulink对系统的输出进行仿真与数值分析。最后,在ROV平台上进行对比实验,实验结果表明,改进型自抗扰控制能够有效抑制系统响应的超调量,并提升ROV位姿状态的抗扰能力。 展开更多

关键词 自抗扰控制 水下机器人 扩张状态观测器 姿态控制

在线阅读 下载PDF 职称材料

后置定子泵喷推进器噪声辐射特性分析

6

作者 杜通成 武建国 +2 位作者 韩光哲 张敏革 武天龙 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期2185-2194,共10页

为了探究后置定子对泵喷推进器噪声的影响,本文利用杆-翼模型完成了噪声数值方法的验证,并基于分块结构性网格对研究模型进行了瞬态模拟。分析了后置定子对流场的影响,提取了模型周围若干监测点噪声数据,探究了其噪声辐射特性。结果表明... 为了探究后置定子对泵喷推进器噪声的影响,本文利用杆-翼模型完成了噪声数值方法的验证,并基于分块结构性网格对研究模型进行了瞬态模拟。分析了后置定子对流场的影响,提取了模型周围若干监测点噪声数据,探究了其噪声辐射特性。结果表明:定子叶片增大了转子尾流的轴向速度,提高了推进器的推进性能;定子叶片还能够平衡转子产生的压力涡旋,均匀尾流压力;从整体声场指向性分布来看,在轴向方向转子噪声占据主导影响,在小范围的径向方向导管噪声对整体噪声影响较大,定子噪声对整体噪声影响最小;随着距离增加,声场中的低压区指向性由前缘120°和240°向中部收缩,最终整体呈现“∞”型;在轴向方向低频段噪声衰减最快,并且随着距离的增加,衰减速度越来越快,在径向方向上,低频段噪声衰减速度变化并不明显。 展开更多

关键词 泵喷推进器 后置定子 瞬态模拟 杆-翼噪声 改进的延迟分离涡模型 FW-H方程 噪声辐射 噪声衰减

在线阅读 下载PDF 职称材料

水下声呐惯性系统定位研究

7

作者 王波 武建国 +2 位作者 王晓鸣 田奇睿 李鑫 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第13期146-149,共4页

为应对传统声呐惯性系统在弱纹理水下环境中定位精度较低的问题,提出将声呐惯性滤波里程计应用于水下声呐惯性系统定位。依据声呐成像原理对声呐图像进行特征提取,运用迭代最近点算法(ICP)进行特征匹配。通过将点云匹配结果与IMU数据融... 为应对传统声呐惯性系统在弱纹理水下环境中定位精度较低的问题,提出将声呐惯性滤波里程计应用于水下声呐惯性系统定位。依据声呐成像原理对声呐图像进行特征提取,运用迭代最近点算法(ICP)进行特征匹配。通过将点云匹配结果与IMU数据融合,提升状态估计的稳定性。这种方法使用IMU数据进行状态预测,并以声呐ICP匹配结果作为观测进行状态更新。最后将该滤波里程计与ICP顺序匹配结果一起纳入图优化框架进行位姿优化。试验表明,相比于传统方法,该方法的定位精度更高,能适应弱纹理环境。 展开更多

关键词 声呐惯性定位 滤波里程计 迭代最近点算法 点云匹配

在线阅读 下载PDF 职称材料

后置定子泵喷推进器压力脉动特性分析

8

作者 杜通成 武建国 +2 位作者 张敏革 王昌强 王伟 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第3期62-68,共7页

基于改进的延迟分离涡模型对后置定子泵喷推进器瞬态流场进行数值模拟,所得推力计算值与试验值最大误差为4.68%,验证数值模拟的可靠性。分析泵喷推进器近流场压力脉动时频域特性,研究多工况下后置定子表面压力系数、声压脉动时均值的分... 基于改进的延迟分离涡模型对后置定子泵喷推进器瞬态流场进行数值模拟,所得推力计算值与试验值最大误差为4.68%,验证数值模拟的可靠性。分析泵喷推进器近流场压力脉动时频域特性,研究多工况下后置定子表面压力系数、声压脉动时均值的分布规律。结果表明,泵喷推进器内压力脉动主要受转子影响,脉动周期与转子旋转周期一致,频域峰值出现在低频段且均为转子叶片通过频率的整数倍;后置定子平衡转子扭矩的做功区集中在定子前缘,并沿弦向贡献逐渐降低,尾缘约1.8%定子弦长位置对平衡扭矩近乎无贡献;前缘是定子噪声的主要贡献源,在高进速系数下,尾缘表现为定子噪声的次要贡献源,随着进速系数的降低,尾缘对定子噪声贡献逐渐降低。 展开更多

关键词 泵喷推进器 压力脉动 改进的延迟分离涡模型 数值模拟

在线阅读 下载PDF 职称材料

300m轻型作业级ROV框架结构多目标优化设计

9

作者 冯森 刘冬 臧日强 《舰船科学技术》 北大核心 2024年第21期103-108,共6页

ROV的框架及内部布局设计是潜器能否可靠作业的关键之一。针对框架结构设计中轻量化问题,以最大位移和总质量为优化目标,设计一款ROV主框架结构。分析了ROV在3种不同工况下的受载情况,利用水动力与有限元分析得到ROV框架的应力与位移云... ROV的框架及内部布局设计是潜器能否可靠作业的关键之一。针对框架结构设计中轻量化问题,以最大位移和总质量为优化目标,设计一款ROV主框架结构。分析了ROV在3种不同工况下的受载情况,利用水动力与有限元分析得到ROV框架的应力与位移云图,并根据仿真结果首先对应力和位移最大的工况进行响应面优化,再将优化后的结果代入另外2种工况进行校核。优化后的框架结构最大应力以及最大位移均满足设计要求,通过优化,ROV主框架质量减少14.6%。最后通过后期的装配以及测试,验证了设计的可行性,为后续ROV框架结构设计提供宝贵经验。 展开更多

关键词 ROV 框架结构 有限元分析 多目标优化

在线阅读 下载PDF 职称材料

泵喷推进器扭矩自平衡优化分析 被引量：4

10

作者 武建国 武天龙 +2 位作者 张敏革 林兴华 韩光哲 《舰船科学技术》 北大核心 2022年第12期10-15,共6页

为降低泵喷推进器的横滚扭矩,采用正交模拟试验的方法对后置定子泵喷推进器进行分析,通过计算流体力学(CFD)对正交试验的不同组合后置定子泵喷推进器进行预报。以效率和扭矩系数为评价指标,分析定子叶片数量、定子安装角度、定转子安装... 为降低泵喷推进器的横滚扭矩,采用正交模拟试验的方法对后置定子泵喷推进器进行分析,通过计算流体力学(CFD)对正交试验的不同组合后置定子泵喷推进器进行预报。以效率和扭矩系数为评价指标,分析定子叶片数量、定子安装角度、定转子安装距离、定子弦长对水动力性能的影响程度,并得出最优模型参数。最优模型相对原始模型横滚扭矩降低了76%,效率提升了4%,优化模型的尾部流场稳定性优于原始模型。后置定子的安装角度对平衡泵喷推进器的扭矩,提升推进器的效率具有重要作用。 展开更多

关键词 后置定子泵喷推进器 水动力性能 正交模拟试验 CFD 参数优化

在线阅读 下载PDF 职称材料

时变干扰下AUV三维轨迹跟踪反步滑模控制 被引量：5

11

作者 武建国 刘杰 陈凯 《舰船科学技术》 北大核心 2022年第7期82-87,共6页

针对自主水下机器人(AUV)在环境干扰下的三维轨迹跟踪问题,设计一种基于非线性干扰观测器(NDO)的反步滑模控制器。根据“云帆”AUV自身特点构建六自由度数学模型,设计NDO对环境干扰进行估计补偿。最后在反步法的基础上引入滑模控制,并加... 针对自主水下机器人(AUV)在环境干扰下的三维轨迹跟踪问题,设计一种基于非线性干扰观测器(NDO)的反步滑模控制器。根据“云帆”AUV自身特点构建六自由度数学模型,设计NDO对环境干扰进行估计补偿。最后在反步法的基础上引入滑模控制,并加入NDO设计反步滑模控制器,并通过李雅普诺夫函数证明系统的稳定性。仿真结果表明,基于NDO的反步滑模控制器能够满足AUV在环境干扰下三维轨迹跟踪要求,且具有较好的鲁棒性。 展开更多

关键词 自主水下机器人 轨迹跟踪 非线性干扰观测器 反步滑模控制

在线阅读 下载PDF 职称材料

二自由度水下云台自适应控制方法 被引量：1

12

作者 王晓鸣 王成才 +1 位作者 武天龙 王昌强 《舰船科学技术》 北大核心 2022年第14期89-94,共6页

为了解决船载多波束声呐的姿态稳定问题,设计一款双自由度水下云台。在保留传统水下云台定位模式的基础上,通过增加自适应模式来补偿波浪对声呐姿态的影响,并提出了阶梯速度PID自适应控制方法。根据距离目标角度的大小选择匹配的速度梯... 为了解决船载多波束声呐的姿态稳定问题,设计一款双自由度水下云台。在保留传统水下云台定位模式的基础上,通过增加自适应模式来补偿波浪对声呐姿态的影响,并提出了阶梯速度PID自适应控制方法。根据距离目标角度的大小选择匹配的速度梯度,引入PID对水下云台实时调节,通过自身调整使其稳定在保持角度。水下模拟实验结果表明:定位模式下,水下云台2个自由度均能以18°/s的速度快速稳定到达目标角度,角度误差为0.4°;自适应模式下,搭载声呐的俯仰自由度能在较短的时间内稳定在保持角度,保持误差为1°,证明了控制方法的有效性。 展开更多

关键词 水下云台 自适应控制 二自由度 阶梯速度 PID

在线阅读 下载PDF 职称材料

定子叶片对推进器水动力性能影响分析

13

作者 张敏革 韩光哲 +2 位作者 武天龙 王新锐 仇景 《舰船科学技术》 北大核心 2023年第23期31-38,共8页

为探究定子叶片对于推进器性能影响,对不同结构的推进器进行水动力分析。设计配备加速型导流罩的7叶螺旋桨推进器,通过增加不同定子叶片以及设置对转推进器得到5种推进器。基于计算流体力学(CFD)对推进器的流场进行仿真模拟,考察不同结... 为探究定子叶片对于推进器性能影响,对不同结构的推进器进行水动力分析。设计配备加速型导流罩的7叶螺旋桨推进器,通过增加不同定子叶片以及设置对转推进器得到5种推进器。基于计算流体力学(CFD)对推进器的流场进行仿真模拟,考察不同结构推进器的水动力特性变化。结果表明:在研究的转速范围内前置定子最高降低扭矩百分比仅为48.71%,后置定子可完美平衡到100.99%的扭矩;前置定子降低推力幅度最大可达36.16%,后置定子提高整体推力最高为3.32%;对转推进器在推力方面远高于泵喷推进器2~4倍,且具有扭矩自平衡的效果,流场稳定性远低于泵喷;后置定子泵喷相比无定子推进器效率提高6.24%,且具有更加稳定的尾流场。 展开更多

关键词 定子叶片 扭矩平衡 泵喷推进器 CFD

在线阅读 下载PDF 职称材料

不同海况下波浪驱动无人船的振荡响应分析 被引量：1

14

作者 武冬兵 武建国 +2 位作者 张彬 王昌强 赵晓宇 《舰船科学技术》 北大核心 2023年第23期85-90,共6页

波浪作为无人水面船(Unmanned Surface Vessel,USV)的动力来源之一,波浪水翼的动能捕获能力与船体随波浪的振荡响应能力息息相关,为此展开了不同海况下波浪的长度、波浪的振幅、前后水翼的流场扰动对USV的振荡响应影响研究。首先建立Sto... 波浪作为无人水面船(Unmanned Surface Vessel,USV)的动力来源之一,波浪水翼的动能捕获能力与船体随波浪的振荡响应能力息息相关,为此展开了不同海况下波浪的长度、波浪的振幅、前后水翼的流场扰动对USV的振荡响应影响研究。首先建立Stokes五阶波的数值模型,与理论值对比验证后,将USV的多体动力学模型导入CFD软件进行模拟,绘制船体及翼板的响应曲线,随后设计海上实验平台进行验证,并与仿真结果进行对比。结果表明:波长与船长的比例决定了船体的响应频率,且在船长为波长的2/3时频率同步性最佳;波高则影响了船体的振幅,随波高的增加,船体及翼板的振荡角度同步增加,最高可达135.34%。 展开更多

关键词 无人水面船 波浪推进 振荡响应 波浪水翼 流场分析

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于双目-惯性-深度融合的船舶清洗ROV定位系统

15

作者 班慧军 武建国 +2 位作者 王晓鸣 梁胜国 孙通帅 《舰船科学技术》 2025年第19期94-98,共5页

为了提高视觉惯性里程计在船舶清洗机器人上的定位精度,提出一种融合了双目相机、惯性测量单元和深度传感器的水下定位系统。首先,使用基于灰度世界的白平衡算法与暗通道先验算法对双目图像进行预处理,恢复水下图像真实色彩并进行去雾操... 为了提高视觉惯性里程计在船舶清洗机器人上的定位精度,提出一种融合了双目相机、惯性测量单元和深度传感器的水下定位系统。首先,使用基于灰度世界的白平衡算法与暗通道先验算法对双目图像进行预处理,恢复水下图像真实色彩并进行去雾操作,提高特征提取与匹配精度;然后建立深度传感器数学模型,并将深度数据与视觉关键帧进行对齐,从而在视觉惯性联合优化中加入深度约束,获得高精度位姿估计。试验结果表明,相比于ORB-SLAM3-VIO,本文所提双目-惯性-深度里程计的平均均方根误差减小了41.6%。 展开更多

关键词 船舶清洗ROV 水下定位 双目-惯性-深度里程计 图像恢复 联合优化

在线阅读 下载PDF 职称材料