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超空泡航行體運(yùn)動控制中的空泡形態(tài)估計(jì)研究

發(fā)布時(shí)間:2020-04-03 22:51
【摘要】:當(dāng)航行體在水中高速航行時(shí),航行體表面壓力會下降到此時(shí)的飽和壓力,水會汽化形成空泡。超空泡的形成可以大幅地提高水下航行體的速度,但空泡的產(chǎn)生和潰滅引起的力學(xué)效應(yīng)對航行體的穩(wěn)定航行會產(chǎn)生重要影響,特別是由于空泡形態(tài)的變化使超空泡航行體受力產(chǎn)生強(qiáng)非線性關(guān)系,使得超空泡航行體控制研究具有很大難度,因此超空泡形態(tài)的估計(jì)成為超空泡航行體運(yùn)動控制中的關(guān)鍵問題之一。本文將以超空泡航行體的縮比模型的水洞實(shí)驗(yàn)為依據(jù),通過在水流中控制空化器的攻角變化,來模擬水下航行體在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中的運(yùn)動控制,繼而使用強(qiáng)跟蹤卡爾曼濾波算法對超空泡的形態(tài)進(jìn)行估計(jì)問題研究,并使用仿真手段驗(yàn)證了估計(jì)算法的正確性及此種算法能夠滿足某種實(shí)際環(huán)境中的超空泡航行體控制的需要。論文的主要研究內(nèi)容如下:首先,利用已有的理論知識建立超空泡航行體的數(shù)學(xué)模型。由于作用在空化器上的流體動力以及航行體尾部與空泡壁作用產(chǎn)生的滑行力都容易受到外部干擾而產(chǎn)生強(qiáng)非線性特性,且對于此類條件的建模目前沒有成熟的方案,因此文中在此部分首先在理想條件下建立超空泡航行體數(shù)學(xué)模型,然后以后續(xù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),研究實(shí)際噪聲對模型的擾動,從而對模型進(jìn)行完善。其次,利用搭建好的重力式水洞實(shí)驗(yàn)平臺,完成實(shí)驗(yàn)相關(guān)的內(nèi)容。文中介紹了實(shí)驗(yàn)相關(guān)設(shè)備的安裝和調(diào)試等工作流程,其中包括實(shí)驗(yàn)平臺的搭建;航行體模型的安裝;伺服電機(jī)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及功能;加壓通氣設(shè)備的功能;流量及壓力檢測設(shè)備的安裝及調(diào)試;記錄空化過程的高速攝像機(jī)的調(diào)試等,并將記錄下來的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)根據(jù)超空泡形態(tài)研究的需要進(jìn)行初步處理。再次,以空化器在運(yùn)動過程中的超空泡內(nèi)、外壓力和形態(tài)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),并根據(jù)傳感器的測量范圍和實(shí)際情況對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行野值剔除,然后使用強(qiáng)跟蹤卡爾曼濾波算法對超空泡形態(tài)進(jìn)行估計(jì),完善超空泡航行體的數(shù)學(xué)模型。最后,對超空泡航行體模型在Matlab環(huán)境下進(jìn)行控制仿真,仿真結(jié)果表明,本文設(shè)計(jì)的超空泡形態(tài)估計(jì)算法能夠在實(shí)際噪聲干擾環(huán)境中對超空泡的形態(tài)進(jìn)行較為準(zhǔn)確的估計(jì),估計(jì)誤差在超空泡航行體控制器的允許范圍內(nèi),不會對超空泡航行體的運(yùn)動穩(wěn)定性造成影響,證實(shí)本文設(shè)計(jì)的超空泡形態(tài)估計(jì)算法的正確性。
【圖文】:

暴風(fēng),烏克蘭,超空泡,魚雷


“暴風(fēng)”超空泡魚雷俄羅斯某空氣動力學(xué)研究院和圣彼德堡、烏克蘭等地的幾所學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu),不論是在超

超空泡,魚雷,德國,西北工業(yè)大學(xué)


圖 1.2 德國超空泡魚雷問題的研究較西方海軍強(qiáng)國開展的較晚,故取得的成果。國內(nèi)的研究大致分為兩個(gè)階段。第一階段始于 1960西北工業(yè)大學(xué)建立了國內(nèi)首個(gè)實(shí)驗(yàn)水池,主要研究物體
【學(xué)位授予單位】:哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2018
【分類號】:U664.82;TJ6

【參考文獻(xiàn)】

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1 周素云;施紅輝;胡青青;胡俊輝;;水平超空泡發(fā)生裝置的研制及相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究[J];浙江理工大學(xué)學(xué)報(bào);2013年02期

2 周聰;肖建;;改進(jìn)強(qiáng)跟蹤濾波算法及其在汽車狀態(tài)估計(jì)中的應(yīng)用[J];自動化學(xué)報(bào);2012年09期

3 劉海e,

本文編號:2613802


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