潛艇運(yùn)動(dòng)建模及簡(jiǎn)化技術(shù)研究.pdf

1、航行訓(xùn)練模擬器是訓(xùn)練潛艇操縱人員的重要裝置。而潛艇動(dòng)力學(xué)模型的建立及解算是航行訓(xùn)練模擬器的核心問(wèn)題。本文以航行訓(xùn)練模擬器為研究對(duì)象，對(duì)潛艇動(dòng)力學(xué)模型的建立及其簡(jiǎn)化技術(shù)進(jìn)行研究，完成的主要工作有： 首先，本文從剛體的動(dòng)量定理出發(fā)，通過(guò)對(duì)潛艇運(yùn)動(dòng)的受力分析，以泰勒級(jí)數(shù)和微分方程理論作為主要的數(shù)學(xué)工具，推導(dǎo)了潛艇在無(wú)限廣深靜水中較為完整的平面和空間六自由度運(yùn)動(dòng)方程。 通過(guò)閱讀文獻(xiàn)研究了近水面運(yùn)動(dòng)的潛艇在浪和流等干擾下的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)

2、，建立了波浪力、流力干擾模型以及潛艇在近水面的操縱模型。對(duì)于日常的實(shí)艇訓(xùn)練中難以實(shí)現(xiàn)的應(yīng)急情況，建立了潛艇破損進(jìn)水模型和高壓供氣排水等模型。 針對(duì)潛艇空間六自由度運(yùn)動(dòng)方程過(guò)于復(fù)雜這一問(wèn)題，根據(jù)實(shí)艇操縱經(jīng)驗(yàn)和對(duì)水動(dòng)力系數(shù)的分析并閱讀文獻(xiàn)，得出了供仿真使用的仿真簡(jiǎn)化模型和供潛艇自動(dòng)舵使用的潛艇控制簡(jiǎn)化模型。 研究了潛艇操縱性與水動(dòng)力系數(shù)之間的關(guān)系，改進(jìn)水動(dòng)力系數(shù)敏感性指數(shù)的測(cè)量方式，從水平面Z形操作機(jī)動(dòng)、定?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、垂直面

3、梯形操舵機(jī)動(dòng)三種操縱性試驗(yàn)中提取操縱性特征量對(duì)水動(dòng)力系數(shù)敏感性指數(shù)進(jìn)行測(cè)量，進(jìn)而剔除一些對(duì)操縱性響應(yīng)不敏感的水動(dòng)力系數(shù)，對(duì)潛艇空間六自由度運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行簡(jiǎn)化。最后將這種簡(jiǎn)化方式以交互界面工具的形式提供給用戶使用。 本文最后完成了基于VC與MATLAB的混合編程的潛艇動(dòng)力學(xué)模型應(yīng)用單元的設(shè)計(jì)。這個(gè)單元會(huì)根據(jù)潛艇的深度而選擇深水或近水面模型進(jìn)行解算，當(dāng)模擬應(yīng)急操縱時(shí)，系統(tǒng)會(huì)啟用破損、舵卡模型進(jìn)行運(yùn)算，并會(huì)根據(jù)艇員的操作啟用動(dòng)力抗沉模型