[發(fā)明專利]一種基于壓力分布預(yù)測(cè)水下航行體運(yùn)動(dòng)軌跡的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910071175.4
• 申請(qǐng)日: 2019-01-25
• 公開（公告）號(hào): CN109781095B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王國(guó)玉;陳倩;吳欽;王典;黃彪;張漢哲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01C21/10
• 分類號(hào): G01C21/10
• 代理公司: 北京正陽理工知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

1.一種基于壓力分布預(yù)測(cè)水下航行體運(yùn)動(dòng)軌跡的方法，其特征在于：具體步驟如下：

步驟一、在航行體表面布置壓力測(cè)點(diǎn)；

步驟二、獲取步驟一航行體迎水面和背水面壓力測(cè)點(diǎn)在相對(duì)坐標(biāo)系x’方向的壓力數(shù)據(jù)P_ai和P_bi；

步驟三、根據(jù)步驟二的航行體迎水面和背水面的壓力數(shù)據(jù)，利用公式(1)計(jì)算航行體迎水面和背水面壓力測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的壓差ΔP_x’i；利用公式(2)對(duì)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行壓差面積分，然后計(jì)算得出所述測(cè)點(diǎn)在相對(duì)坐標(biāo)系x’方向的合力F_x’i，最終利用公式(3)將各測(cè)點(diǎn)在相對(duì)坐標(biāo)系x’方向的合力進(jìn)行求和，得出航行體相對(duì)坐標(biāo)系x’方向的合力F_ti；

ΔP_x,i＝P_ai-P_bi (1)

F_x’i＝0.6ΔP_x’iΔS_x’ (2)

其中，常數(shù)0.6為壓力積分修正系數(shù)，ΔS_x’為航行體橫截面積；

步驟四、基于絕對(duì)坐標(biāo)系，根據(jù)步驟三的航行體表面合力F_ti，結(jié)合公式(4)航行體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J和公式(5)航行體轉(zhuǎn)矩M，利用公式(6)計(jì)算出航行體的角加速度α_i；

其中，m為航行體質(zhì)量，l航行體長(zhǎng)度，d_i為壓力測(cè)點(diǎn)距離質(zhì)心的距離；

步驟五、通過步驟四得到的角加速度α_i，利用公式(7)獲得航行體相對(duì)偏轉(zhuǎn)角度Δθ_i，結(jié)合相對(duì)偏轉(zhuǎn)角度并利用公式(8)即可計(jì)算絕對(duì)偏轉(zhuǎn)角度θ_i，所述絕對(duì)偏轉(zhuǎn)角度是本時(shí)刻的相對(duì)偏轉(zhuǎn)角度與上一時(shí)刻的絕對(duì)偏轉(zhuǎn)角度之和；

Δθ_i＝α_iΔt² (7)

θ_i＝Δθ_i+θ_i-1 (8)

其中，Δt為航行體計(jì)算時(shí)間步，θ_i-1為航行體上一時(shí)刻的絕對(duì)偏轉(zhuǎn)角度；

步驟六、通過航行體絕對(duì)坐標(biāo)系沿y方向和x方向的初始速度，結(jié)合步驟五得到的航行體絕對(duì)偏轉(zhuǎn)角度，利用公式(9)和公式(10)預(yù)測(cè)下一時(shí)刻的航行體速度；

其中，v_x(ti)和v_y(ti)分別為航行體上一時(shí)刻速度；

步驟七：利用公式(11)和公式(12)將步驟六預(yù)測(cè)的航行體速度在時(shí)間上積分，即得到此時(shí)間步內(nèi)航行體的相對(duì)位移,并與上一時(shí)刻航行體的絕對(duì)位移相加，即可得到航行體預(yù)測(cè)時(shí)刻的絕對(duì)位移

重復(fù)步驟五到步驟七，對(duì)航行體的偏轉(zhuǎn)角度和速度進(jìn)行時(shí)間迭代，即可得到下一時(shí)刻的位移；

步驟八：根據(jù)步驟七航行體得出的位移，擬合出航行體運(yùn)動(dòng)軌跡，即實(shí)現(xiàn)航行體運(yùn)動(dòng)軌跡預(yù)測(cè)。