潛艇運(yùn)動建模及簡化技術(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。而潛艇動力學(xué)模型的建立及解算是航行訓(xùn)練模擬器的核心問題。本文以航行訓(xùn)練模擬器為研究對象，對潛艇動力學(xué)模型的建立及其簡化技術(shù)進(jìn)行研究，完成的主要工作有： 首先，本文從剛體的動量定理出發(fā)，通過對潛艇運(yùn)動的受力分析，以泰勒級數(shù)和微分方程理論作為主要的數(shù)學(xué)工具，推導(dǎo)了潛艇在無限廣深靜水中較為完整的平面和空間六自由度運(yùn)動方程。 通過閱讀文獻(xiàn)研究了近水面運(yùn)動的潛艇在浪和流等干擾下的運(yùn)動響應(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。 針對潛艇空間六自由度運(yùn)動方程過于復(fù)雜這一問題，根據(jù)實(shí)艇操縱經(jīng)驗(yàn)和對水動力系數(shù)的分析并閱讀文獻(xiàn)，得出了供仿真使用的仿真簡化模型和供潛艇自動舵使用的潛艇控制簡化模型。 研究了潛艇操縱性與水動力系數(shù)之間的關(guān)系，改進(jìn)水動力系數(shù)敏感性指數(shù)的測量方式，從水平面Z形操作機(jī)動、定?；剞D(zhuǎn)運(yùn)動、垂直面

3、梯形操舵機(jī)動三種操縱性試驗(yàn)中提取操縱性特征量對水動力系數(shù)敏感性指數(shù)進(jìn)行測量，進(jìn)而剔除一些對操縱性響應(yīng)不敏感的水動力系數(shù)，對潛艇空間六自由度運(yùn)動方程進(jìn)行簡化。最后將這種簡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力學(xué)模型應(yīng)用單元的設(shè)計。這個單元會根據(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，系統(tǒng)會啟用破損、舵卡模型進(jìn)行運(yùn)算，并會根據(jù)艇員的操作啟用動力抗沉模型