[發明專利]一種基于壓力分布預測水下航行體運動軌跡的方法

有效

• 申請號: 201910071175.4
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109781095B
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發明（設計）人: 王國玉;陳倩;吳欽;王典;黃彪;張漢哲
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01C21/10
• 分類號: G01C21/10
• 代理公司: 北京正陽理工知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發明涉及一種基于壓力分布預測水下航行體運動軌跡的方法，屬于船舶與水下航行器工程、水下航行體運動軌跡估計技術領域。本發明基于水下航行體試驗，在航行體表面進行壓力測點布置，通過試驗獲取航行體表面壓力測點的壓力數據，并基于該數據進一步研究計算，最終得出水下航行體的運動規律及軌跡。本發明可以為水下航行體的姿態控制和運動方式控制等技術提供科學依據，并為開展的水下航行體試驗的壓力測點布置方案提供技術支撐。

技術領域

本發明涉及一種基于壓力分布預測水下航行體運動軌跡的方法，屬于船舶與水下航行器工程、水下航行體運動軌跡估計技術領域。

背景技術

隨著現代海洋工程及造船事業的發展，水下航行體的航行安全已越來越受到普遍的關注和重視，其中水下航行體運動軌跡的預測是關注重點之一。而航行體的運動軌跡又受到復雜水下環境的制約，致使其出水位置、運動區域等發生變化，使決策者難以進行控制。因此，建立一種預測水下航行體運動軌跡的方法是全新的技術問題，更具實際工程價值和科學意義。

20世界80年代以來，隨著計算機設備的發展和計算技術的進步，計算流體力學的發展進一步推動了水下航行體問題的研究。學者們從傳統的實驗研究，轉向數值與實驗相結合的研究模式，主要研究航行體的減阻特性、航行體的力學性能等方面。而對于水下航行體運動軌跡預測的研究，有學者提出根據海浪和海流的因素進行軌跡估計。但這種根據外界的變化規律來推測航行體運動軌跡的方法不夠嚴謹，一方面，該方法著重地研究水體變化規律，而忽略航行體自身受到的影響；另一方面，該方法只考慮海浪和海流這兩方面的影響因素，而忽略復雜海洋環境產生的其他制約條件。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于壓力分布預測水下航行體運動軌跡的方法，該方法能夠實現對水下航行體運動軌跡預測，進而解決水下航行體運動軌跡預測問題。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

一種基于壓力分布預測水下航行體運動軌跡的方法，具體步驟如下：

步驟一、在航行體表面布置壓力測點；

所述壓力測點如表1所示；

步驟二、獲取步驟一航行體迎水面和背水面壓力測點在相對坐標系x’方向的壓力數據P_ai和P_bi；

步驟三、根據步驟二的航行體迎水面和背水面的壓力數據，利用公式(1)計算航行體迎水面和背水面壓力測點數據的壓差ΔP_x’i；利用公式(2)對測點進行壓差面積分，然后計算得出所述測點在相對坐標系x’方向的合力F_x’i，最終利用公式(3)將各測點在相對坐標系x’方向的合力進行求和，得出航行體相對坐標系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0.6為壓力積分修正系數，ΔS_x’為航行體橫截面積。

步驟四、基于絕對坐標系，根據步驟三的航行體表面合力F_ti，結合公式(4)航行體轉動慣量J和公式(5)航行體轉矩M，利用公式(6)計算出航行體的角加速度α_i；

其中，m為航行體質量，l航行體長度，d_i為壓力測點距離質心的距離。