[发明专利]基于水动力系数敏感性的水下潜器空间运动仿真方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是一种仿真方法，特别是一种潜艇空间运动的简化仿真方法。

(二)背景技术

潜艇运动仿真模型是基于动力学理论、流体力学理论和潜艇的操纵性理论等建立起来的多变量微分方程，为了求得水动力的近似表示式，将所受的力展开成运动参数、舵的转动及转舵速度和螺旋桨的转速的泰勒级数，根据经验，对于一般可能遇到的机动情况，保留泰勒展开式至三阶项已足够满足工程要求，而且依据人们的习惯和所用船模试验装置的不同，以及计算上的方便性，常常仅采用二阶项系数。目前被人们普遍接受的是1967年美国泰勒海军舰船研究和发展中心(DTNSRDC)发表的Gertler等的《用于潜艇模拟研究的标准运动方程》及1979年发表的修正的潜艇标准运动方程，而要得到方程中的全部的水动力系数的准确值是困难的，尤其是一些耦合水动力系数的值非常小，很难用实验测定。这使得潜艇运动仿真的实现是很困难的，所以必须在潜艇标准运动方程的基础上进行简化，后来建立了多种供仿真使用的潜艇空间运动简化模型。这些简化的依据是：1将水平面和垂直面运动进行解耦合；2近似认为潜艇上下、左右、前后对称，这样也可以简化去除一些水动力系数；3直接去除那些水动力系数值较小者。这样简化以后的模型缩小了适用范围，只适用于一些特定的操纵性试验。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种完全能够应对进行的仿真试验的基于水动力系数敏感性的水下潜器空间运动仿真方法。

本发明的目的是这样实现的：

以S_j＝(R_j-R_j^*)/R_j^*作为水动力系数敏感性指数，其中，R代表潜艇操纵性参数，如水平定常回转直径等，上标*表示基准的水动力系数和对应的操纵性系参数，无上标表示变化的水动力系数和对应计算的操纵性参数；

置某一个水动力系数为零，保持其他水动力系数不变，得到变化的潜艇空间运动模型，用变化的模型和原始的运动模型做相同的操纵性试验，分别得到两组操纵性参数，用式S_j＝(R_j-R_j^*)/R_j^*计算出这个水动力系数的一组敏感性指数，对每一个水动力系数都进行相同的操作；

最后选一个可接受的误差基准值A作为简化标准对水下潜器空间运动方程进行简化，凡是敏感性指数大于A的都保留，而小于A的则从方程中去除，得到简化的下潜器空间运动方程模型，用该简化的下潜器空间运动方程模型对下潜器空间运动进行仿真。

针对不同的操纵性试验，我们发现，对于特定的潜艇操纵性试验而言，各个水动力系数在模型中的作用是不同的，保留全部的水动力系数，那么便能应对所有的操纵性仿真试验。然而，对于仿真而言，只有一部分操纵性试验是常进行的，那么也就是说，保留方程中的全部水动力系数是不必要的，完全可以去除一些水动力系数来使方程得以简化，是仿真实验能够实现。本发明以各个操纵性指数为比较依据，计算水动力系数敏感性指数，以此作为某些水动力系数是否能简化的标准。本发明的基于敏感性指数简化潜艇空间运动仿真方法的好处是显然的。这种简化仿真方法是基于常用的仿真试验基础上的，而且以敏感性指数作为依据进行简化的，这也就是说，对于要进行的仿真试验来说，这种简化是完全能够应对的。

(四)附图说明

图1是本发明的流程框图。

图2-a和图2-b是去除某个水动力系数后的水平面回转试验与原始模型的差别。

图3-a和图3-b是去除某个水动力系数后的垂直面梯形舵试验与原始模型的差别。

图4-a和图4-b是去除某个水动力系数后的水平面Z形舵试验与原始模型的差别。

图5是简化后的潜艇运动模型水平面回转试验与原始模型的差别。

图6简化后的潜艇运动模型垂直面梯形舵试验与原始模型的差别。

图7简化后的潜艇运动模型水平面Z形舵试验与原始模型的差别。

图中红色实线是通过原始模型结算得到的，虚线是通过变化后的或简化后的模型得到的。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

于水动力系数敏感性的水下潜器空间运动仿真方法包括如下步骤：

1、确定几种操纵性试验及其操纵性参数，给出各个车、舵、水、气的规律，通过潜艇模拟研究的标准运动方程解算基准操纵性参数。