[發(fā)明專利]一種潛艇操舵和均衡控制仿真試驗平臺及方法在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 201911145425.0 | 申請日： | 2019-11-21 |
| 公開（公告）號： | CN110827616A | 公開（公告）日： | 2020-02-21 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 呂幫俊;黃斌;彭利坤;何曦光;陳佳;宋飛 | 申請（專利權(quán)）人： | 中國人民解放軍海軍工程大學(xué) |
| 主分類號： | G09B9/06 | 分類號： | G09B9/06 |
| 代理公司： | 北京天盾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11421 | 代理人： | 楊本官 |
| 地址： | 430033 *** | 國省代碼： | 湖北;42 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 潛艇 操舵 均衡 控制 仿真 試驗 平臺 方法 | ||
1.一種潛艇操舵和均衡控制仿真試驗平臺，包括仿真試驗控制臺和潛艇操縱運動仿真軟件，潛艇操縱運動仿真軟件包括仿真算法軟件和顯示軟件，其特征在于：仿真試驗控制臺包括兩自由度圍殼舵操舵手輪，輸入首舵角δb、方向舵角δr；尾升降舵操縱旋鈕，輸入尾舵角δs；航向操縱方式轉(zhuǎn)換開關(guān)，確定方向舵角δr由操縱者控制或由計算機自動生成；深度操縱方式轉(zhuǎn)換開關(guān)，確定首舵角δb和尾舵角δs由操縱者控制或由計算機自動生成；均衡操縱方式轉(zhuǎn)換開關(guān)，確定均衡調(diào)節(jié)靜載力△P和靜載力矩△MP由操縱者控制或由計算機自動生成；推進電機遙控鍵盤，輸入推進電機轉(zhuǎn)速，即螺旋槳推力XP；自動操舵和均衡輸入鍵盤，輸入指令深度或指令均衡調(diào)節(jié)量；仿真算法軟件水面運動模塊，水下運動模塊和懸停運動模塊；顯示軟件包括：仿真試驗軟件水艙水量顯示、試驗任務(wù)信息顯示、潛艇運動狀態(tài)顯示、潛艇初始運動狀態(tài)設(shè)置、潛艇仿真狀態(tài)設(shè)置、試驗任務(wù)過程控制、試驗任務(wù)模式選擇、風(fēng)浪設(shè)置、潛艇操控綜合顯控和潛艇均衡綜合顯控。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種潛艇操舵和均衡控制仿真試驗平臺，其特征在于：操舵手輪、操縱旋鈕、航向操縱方式轉(zhuǎn)換開關(guān)、深度操縱方式轉(zhuǎn)換開關(guān)、均衡操縱方式轉(zhuǎn)換開關(guān)、推進電機遙控鍵盤、自動操舵和均衡輸入鍵盤集成在一個面板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種潛艇操舵和均衡控制仿真試驗平臺，其特征在于：還包括觸摸液晶屏，觸摸液晶屏根據(jù)潛艇操縱運動仿真試驗的需求，編制操控軟件。
4.一種潛艇操舵和均衡控制仿真試驗方法，包括水面運動模塊，水下運動模塊和懸停運動模塊，潛艇吃水深度小于5m時采用水面運動模塊；潛艇吃水深度大于等于5m且航速大于等于0.1m/s時，采用水下運動模塊；潛艇吃水深度大于等于5m且航速小于0.1m/s時，采用懸停運動模塊；其特征在于：
水面運動模塊采用無因次水動力系數(shù)作為潛艇六自由度空間運動方程的參數(shù)，根據(jù)輸入的方向舵角和車令信號，采用四階定步長龍格庫塔算法測定仿真潛艇的首向角，漂角，橫傾角，轉(zhuǎn)首角速度；
在水下運動模塊時，共采用小攻角(攻角小于等于12°)及大攻角(攻角大于12°)兩套無因次水動力系數(shù)作為潛艇六自由度空間運動方程的參數(shù)，初始取時小攻角時的無因次水動力系數(shù)，采用四階龍格庫塔算法迭代計算每一步的潛艇操縱運動參數(shù)，根據(jù)判斷當前的攻角大小，并自動確定下一步迭代采用小攻角系數(shù)或大攻角系數(shù)；仿真潛艇不同航速、舵角操縱以及靜載力和力矩作用下潛艇的升速率，逆速以及階躍操舵、梯形操舵、z形機動過程中特征參數(shù)的變化；
懸停運動模塊采用潛艇水下懸停運動數(shù)學(xué)模型，模擬潛艇在水下的無航速定深操縱。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種潛艇操舵和均衡控制仿真試驗方法，其特征在于：懸停運動模塊的模擬方法包括以下步驟：估算時近似取消聲瓦的壓縮量與潛深成正比：式中，△C為極限壓縮情況下引起的浮力差，H為潛艇深度；
計算海水密度引起的浮力變化量之和：Z3＝Z31+Z32，其中引起浮力變化量為式中，為水下全排水量；ρ1、ρ2分別為原海區(qū)、新海區(qū)的海水密度；Z32為深度變化使密度產(chǎn)生變化引起浮力變化量；
按零升力及其力矩公式計算浮力的變化量；
式中，Z0、M0分別為自然減速時減小的零升力、零升力矩；V為實施停車時的航速；
然后根據(jù)公式
求不同均衡量值Z4及M4作用下潛艇運動參數(shù)的變化情況，公中，m為水下全排水量對應(yīng)的潛艇質(zhì)量；ρ為海水密度；L為潛艇長度；h為穩(wěn)定中心高。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種潛艇操舵和均衡控制仿真試驗方法，其特征在于：還包括潛艇由水下運動轉(zhuǎn)為水上航行狀態(tài)時的運動模塊，根據(jù)伯努利計算法和潛艇六自由度空間運動方程模擬潛艇所受靜載力和靜載力的作用點的變化。
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