UUV水下自主回收技術(shù)

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 UUV水下回收的意義 1
1.2 UUV回收的分類及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與進(jìn)展 2
1.2.1 水面艦船回收 2
1.2.2 水下基站回收 3
1.2.3 水下潛器回收 4
1.3 UUV水下自主回收技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 8
1.3.1 流體干擾計(jì)算技術(shù) 9
1.3.2 操縱性能及控制技術(shù) 10
1.3.3 水下精確對(duì)接導(dǎo)航定位問題 10
參考文獻(xiàn) 11
第2章 基于CFD技術(shù)的UUV回收過程流體動(dòng)力計(jì)算 14
2.1 CFD理論模型 14
2.1.1 RANS控制方程 15
2.1.2 湍流模型 16
2.1.3 壁面函數(shù) 18
2.1.4 數(shù)值方法 20
2.2 潛艇擾流對(duì)UUV流體動(dòng)力的干擾 22
2.2.1 計(jì)算模型建立及網(wǎng)格劃分 22
2.2.2 干擾計(jì)算 25
2.3 UUV平行于潛艇縱軸線運(yùn)動(dòng)時(shí)的流體動(dòng)力干擾 53
2.3.1 CFD網(wǎng)格生成 53
2.3.2 不同相對(duì)速度對(duì)流體動(dòng)力的影響 54
2.3.3 不同間距對(duì)流體動(dòng)力的影響 56
2.4 UUV垂直于潛艇縱軸線運(yùn)動(dòng)時(shí)的仿真 58
2.4.1 CFD網(wǎng)格生成 58
2.4.2 不同相對(duì)速度對(duì)流體動(dòng)力的影響 59
2.4.3 UUV橫向靠近潛艇運(yùn)動(dòng)時(shí)其流體動(dòng)力的變化 64
2.4.4 UUV橫向遠(yuǎn)離潛艇運(yùn)動(dòng)時(shí)其流體動(dòng)力的變化 67
2.5 基于二維模型的UUV在極限流域運(yùn)動(dòng)的流場(chǎng)分析 72
2.5.1 計(jì)算模型建立及網(wǎng)格生成 72
2.5.2 流場(chǎng)特性與計(jì)算分析 73
2.6 基于三維模型的UUV在極限流域運(yùn)動(dòng)的流場(chǎng)分析 81
2.6.1 計(jì)算模型建立及網(wǎng)格生成 81
2.6.2 流場(chǎng)特性與計(jì)算分析 82
參考文獻(xiàn) 88
第3章 基于勢(shì)流理論的UUV回收過程附加質(zhì)量計(jì)算 90
3.1 勢(shì)流理論模型 90
3.1.1 數(shù)學(xué)模型 90
3.1.2 面元法 91
3.2 面元法求解附加質(zhì)量 94
3.2.1 附加質(zhì)量導(dǎo)出 94
3.2.2 附加質(zhì)量基本性質(zhì) 96
3.2.3 數(shù)值方法 97
3.3 無界流域中UUV附加質(zhì)量計(jì)算 98
3.3.1 單個(gè)球體和橢球體附加質(zhì)量計(jì)算 98
3.3.2 UUV附加質(zhì)量計(jì)算 103
3.4 有界流域?qū)UV附加質(zhì)量的干擾 106
3.4.1 平壁面對(duì)球體附加質(zhì)量的干擾 106
3.4.2 平壁面對(duì)UUV附加質(zhì)量的干擾 109
3.4.3 圓柱壁面對(duì)UUV附加質(zhì)量的干擾 114
參考文獻(xiàn) 118
第4章 UUV回收運(yùn)動(dòng)與操縱性 120
4.1 UUV空間運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型 120
4.1.1 坐標(biāo)系與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣 120
4.1.2 運(yùn)動(dòng)學(xué)方程 122
4.1.3 動(dòng)力學(xué)方程 124
4.1.4 流體動(dòng)力 128
4.1.5 六自由度運(yùn)動(dòng)模型 133
4.2 流體動(dòng)力干擾下UUV操縱性分析 133
4.2.1 流體動(dòng)力干擾下UUV縱向操縱性分析 133
4.2.2 流體動(dòng)力干擾下UUV側(cè)向-橫滾操縱性分析 144
4.3 UUV靠近對(duì)接裝置運(yùn)動(dòng)仿真 161
4.4 UUV進(jìn)出管安全性分析 162
4.4.1 安全性分析建模 163
4.4.2 求解過程 168
4.4.3 仿真結(jié)果分析 169
參考文獻(xiàn) 174
第5章 UUV水下回收導(dǎo)引技術(shù) 176
5.1 導(dǎo)引方法 176
5.1.1 尾追法 177
5.1.2 固定提前角法 180
5.1.3 平行接近法 183
5.1.4 比例導(dǎo)引法 184
5.1.5 逐次變提前角導(dǎo)引法 187
5.1.6 *優(yōu)導(dǎo)引法 188
5.2 回收導(dǎo)引過程規(guī)劃 191
5.2.1 導(dǎo)引策略分析 191
5.2.2 初始陣位分析 193
5.2.3 回收導(dǎo)引仿真的實(shí)現(xiàn) 195
5.3 回收導(dǎo)引過程仿真 196
5.3.1 單一導(dǎo)引法回收導(dǎo)引過程仿真 196
5.3.2 組合導(dǎo)引法回收導(dǎo)引過程仿真 206
參考文獻(xiàn) 213
第6章 UUV水下回收控制技術(shù) 214
6.1 基于聲學(xué)定位系統(tǒng)的UUV水下回收控制技術(shù) 214
6.1.1 基于USBL系統(tǒng)的回塢定位 214
6.1.2 基于偶極勢(shì)場(chǎng)的回塢導(dǎo)引與控制 218
6.1.3 自適應(yīng)非奇異終端滑模跟蹤控制 223
6.1.4 仿真分析 227
6.2 基于光學(xué)的UUV水下回收控制技術(shù) 238
6.2.1 基于光學(xué)的水下航行器相對(duì)位姿和目標(biāo)速度估計(jì) 238
6.2.2 基于位姿估計(jì)的欠驅(qū)動(dòng)UUV光學(xué)伺服控制 248
6.2.3 基于位姿估計(jì)的欠驅(qū)動(dòng)UUV光學(xué)伺服控制仿真與分析 257
參考文獻(xiàn) 262
第7章 波浪對(duì)UUV水下回收的影響 263
7.1 波浪概述 263
7.1.1 波浪 263
7.1.2 波浪理論 263
7.1.3 風(fēng)力、海浪等級(jí)表 264
7.2 基于勢(shì)流理論的波浪力計(jì)算 265
7.2.1 海浪線性自由面條件 265
7.2.2 線性波理論 266
7.2.3 隨機(jī)波理論 270
7.2.4 運(yùn)動(dòng)物體的波浪擾動(dòng)力一般計(jì)算模型 275
7.2.5 運(yùn)動(dòng)物體在規(guī)則波中線性響應(yīng)的定解條件 276
7.2.6 UUV波浪擾動(dòng)力數(shù)學(xué)模型 280
7.3 基于N-S方程的波浪力計(jì)算 283
7.3.1 海浪數(shù)學(xué)模型的建立 284
7.3.2 三維區(qū)域的波浪模擬 287
參考文獻(xiàn) 298
第8章 UUV水下回收流體動(dòng)力測(cè)試實(shí)驗(yàn) 299
8.1 流體動(dòng)力測(cè)試裝置設(shè)計(jì)要求 299
8.1.1 流體動(dòng)力測(cè)試裝置的總體要求 299
8.1.2 流體動(dòng)力測(cè)試裝置總體設(shè)計(jì)方案 299
8.2 流體動(dòng)力測(cè)試裝置模型設(shè)計(jì) 300
8.2.1 UUV模型及回收管模型設(shè)計(jì) 300
8.2.2 力學(xué)傳感器的選擇及靜校 301
8.2.3 流體動(dòng)力測(cè)試系統(tǒng)裝置設(shè)計(jì) 306
8.3 水下回收流體動(dòng)力測(cè)試裝置水池實(shí)驗(yàn) 309
8.3.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?309
8.3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備 309
8.3.3 實(shí)驗(yàn)原理 310
8.3.4 實(shí)驗(yàn)流程 312
參考文獻(xiàn) 313
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