潛艇應(yīng)急上浮操縱運(yùn)動分析與控制技術(shù)研究.pdf

1、潛艇是現(xiàn)代海軍最重要的威懾力量之一，各國海軍爭相發(fā)展。近年來，世界潛艇頻繁出事，其安全問題日益突出，研究潛艇應(yīng)急情況下的操縱運(yùn)動規(guī)律及控制方法是解決潛艇安全問題的基礎(chǔ)性研究工作之一，本文率先對這一課題進(jìn)行了理論研究與探索。 首先，對潛艇壓載水艙高壓氣吹除系統(tǒng)物理模型進(jìn)行了合理簡化，通過分析高壓氣吹除主壓載水艙的動態(tài)過程，根據(jù)流體力學(xué)、空氣動力學(xué)和熱力學(xué)等的基本定理定律，首次建立了潛艇主壓載水艙高壓氣吹除系統(tǒng)供氣吹除、停止供氣和解

2、除氣壓(或部分氣壓)操作過程的完整數(shù)學(xué)模型；另外，利用動力系統(tǒng)建模與仿真軟件MSC.EASY5建立了壓載水艙高壓氣吹除過程模型。兩者的仿真結(jié)果與實(shí)艇操縱情況基本吻合。建立了潛艇艙室破損進(jìn)水時的附加力計(jì)算數(shù)學(xué)模型，與潛艇大攻角運(yùn)動時的六自由度運(yùn)動模型、主壓載水艙高壓氣吹除系統(tǒng)模型一起構(gòu)成了潛艇應(yīng)急上浮時的完整數(shù)學(xué)模型，為研究潛艇應(yīng)急吹除時的運(yùn)動規(guī)律和操縱控制方法提供了條件。 本文首次將非線性系統(tǒng)運(yùn)動穩(wěn)定性與分叉理論及其數(shù)值分析方法

3、用于潛艇應(yīng)急上浮運(yùn)動的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)及穩(wěn)定性分析，并通過潛艇大攻角六自由度運(yùn)動方程數(shù)值積分的動態(tài)仿真對分析結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證，兩者是一致的。通過深入研究航速、升降舵、方向舵和剩余浮力及其作用位置對潛艇應(yīng)急上浮運(yùn)動穩(wěn)定性的影響，表明潛艇應(yīng)急上浮運(yùn)動即使在左右舷對稱的情況下，并不總是限于垂直面內(nèi)，可能出現(xiàn)橫滾運(yùn)動，在某種臨界條件下，運(yùn)動可能失穩(wěn)，出現(xiàn)分叉現(xiàn)象，對這種現(xiàn)象的機(jī)理用奇異性與分叉理論進(jìn)行了分析，為潛艇應(yīng)急上浮的操縱與控制方法提供了理論依據(jù)。

4、 在潛艇六自由度非線性運(yùn)動基本方程的基礎(chǔ)上，結(jié)合艙室破損進(jìn)水模型和主壓載水艙高壓氣吹除系統(tǒng)模型，對潛艇艙室破損進(jìn)水時應(yīng)急上浮的影響因素和操縱與控制方法進(jìn)行了大量深入的仿真研究，獲得了控制潛艇安全應(yīng)急上浮的操縱方法，對實(shí)際操艇有一定的指導(dǎo)意義，為潛艇應(yīng)急上浮自動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。 本文設(shè)計(jì)了一種新型的滑模模糊控制器，首次成功應(yīng)用于潛艇應(yīng)急上浮的自動控制。為了克服舵、主壓載水艙的注排水裝置及高壓氣吹除系統(tǒng)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)響