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原文传递 UUV水下回收非线性流体动力干扰及导引过程操纵性研究

论文题名：	UUV水下回收非线性流体动力干扰及导引过程操纵性研究
关键词：	无人水下航行器;水下回收;流体动力干扰;组合导引;固定提前角
摘要：	随着UUV（Unmanned Underwater Vehicle）回收应用领域的不断拓展，相应的UUV回收技术也由水面回收方式不断向水下自主回收方式发展。UUV水下回收技术在民用方面可为 UUV连续自主工作提供支持，在军用方面可为 UUV隐蔽作业提供可能，更是未来构建“海洋空间站”不可或缺的支撑技术。本文针对潜艇水下回收UUV技术中涉及的流体动力干扰及动力学相关问题进行了较为深入的研究，主要研究成果及创新点归纳如下：　　（1）UUV与潜艇流体动力数值计算研究　　1）阐述了适用于UUV与潜艇数值求解的势流理论面元法与基于RANS方程的数学模型和数值方法；　　2）给出了适用于回转体型UUV流体动力求解的面元法和RANS方法求解策略，研究了Re数、攻角及侧滑角对UUV流体动力系数的影响；　　3）给出了适用于SUBOFF模型求解的面元法和RANS方法求解策略，研究了高Re数工况下，尺度效应对SUBOFF流场的影响。　　（2）潜艇绕流对UUV流体动力干扰研究　　1）给出了克服潜艇与UUV面元尺度差异的局部面元网格加密方法；　　2）给出了基于分块思想采用内部交界面拼接的计算域结构化网格划分方法，采用该方法可保证所有工况计算域网格质量在同一水平；　　3）基于RANS方法与面元法，研究了UUV相对潜艇位置不同时，潜艇绕流对UUV流体动力系数的干扰变化规律；　　4）研究了Re数、UUV姿态角等变量对潜艇与UUV间流场干扰的影响，得到了相应的变化规律。　　（3）UUV相对潜艇运动时的流体动力干扰研究　　1）结合动态层铺的动网格构建技术，给出了用于模拟UUV相对潜艇运动时的计算域结构化网格构建方法；　　2）采用RANS方法对UUV纵向平行于潜艇纵轴线运动进行了模拟，得到了UUV流体动力系数随潜艇相对位置的变化规律；　　3）采用RANS方法对UUV横向靠近或远离潜艇运动进行了模拟，得到了UUV流体动力系数随间距的变化规律。　　（4）潜艇对UUV附加质量干扰研究　　1）给出了考虑有界壁面干扰的UUV附加质量的面元法数学模型；　　2）研究了4种面元网格划分策略对附加质量求解精度的影响，提出了基于椭球体修正的UUV附加质量求解方法；　　3）采用面元法分别研究了考虑平壁面与圆柱壁面影响时的UUV附加质量随壁面间距的变化规律。　　（5）潜艇绕流对UUV操纵性干扰研究　　1）采用牛顿—欧拉法与双欧法建立了适用于UUV全姿态角求解的空间运动数学模型；　　2）推导了考虑流体动力干扰的UUV纵向运动扰动方程，研究了潜艇绕流对UUV纵向运动参数的干扰变化规律；　　3）推导了考虑流体动力干扰的UUV侧向—横滚运动扰动方程，研究了潜艇绕流对UUV侧向运动参数的干扰变化规律。　　（6）UUV水下回收导引弹道研究　　1）分析研究了古典导引法中的尾追法、固定提前角法、平行接近法与比例导引法应用于 UUV回收导引的可行性，提出了适用于 UUV回收导引的固定提前角法导引策略，及末端基于固定提前角法的组合导引策略。　　2）分析研究了采用固定提前角法导引回收时的初始阵位限定条件；　　3）通过弹道仿真验证了本文所提出的UUV回收导引策略的可行性。
作者：	杨智栋
专业：	兵器科学与技术
导师：	潘光
授予学位：	博士
授予学位单位：	西北工业大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文