基于FLUENT的深潛救生艇運(yùn)動(dòng)建模和控位方法研究.pdf

1、近年來，隨著中日海洋爭(zhēng)端問題的日益嚴(yán)峻，大力發(fā)展我國(guó)海軍作戰(zhàn)能力、提升海軍裝備，已成為刻不容緩的需要。深潛救生艇作為潛艇安全保障和援潛救生的主要裝置，其研究和發(fā)展也是不容忽視的。
　　動(dòng)力定位系統(tǒng)作為深潛救生艇執(zhí)行使命的關(guān)鍵設(shè)備，其研究意義不言而喻。控制算法是決定動(dòng)力定位系統(tǒng)性能優(yōu)劣的關(guān)鍵，深潛救生艇運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型則是深潛救生艇運(yùn)動(dòng)仿真和控制問題的基礎(chǔ)。深潛救生艇運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型中，流體水動(dòng)力系數(shù)是重要的組成部分。目前，流體水動(dòng)力系數(shù)的

2、計(jì)算主要依靠半理論半經(jīng)驗(yàn)估算方法、模型試驗(yàn)方法、基于CFD（流體力學(xué)計(jì)算軟件）的數(shù)值模擬計(jì)算方法。半理論半經(jīng)驗(yàn)估算公式得到的估算結(jié)果粗略，無法切實(shí)、完全地體現(xiàn)潛艇外型的改變，工程實(shí)用性較差。模型試驗(yàn)則存在試驗(yàn)周期長(zhǎng)、資金消耗大、不能滿足工程進(jìn)度要求等缺點(diǎn)。基于CFD的數(shù)值模擬計(jì)算方法因具有周期短、成本低、信息量大、能實(shí)現(xiàn)快速響應(yīng)等優(yōu)勢(shì)而廣受關(guān)注，應(yīng)用范圍越來越廣。
　　本文從深潛救生艇運(yùn)動(dòng)建模方法和控制器設(shè)計(jì)兩個(gè)方面，展開對(duì)深潛救

3、生艇動(dòng)力定位系統(tǒng)的研究。
　　首先，基于MMG分離型建模方法，對(duì)深潛救生艇進(jìn)行理論建模分析。重點(diǎn)分析了在動(dòng)力定位這一特殊工況下深潛救生艇的水動(dòng)力模型，最后提出了一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單又不失準(zhǔn)確性的四自由度深潛救生艇運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)模型。
　　其次，使用ANSYS Design-Modeler模塊對(duì)某一型號(hào)深潛救生艇1:1進(jìn)行3D模型繪制，并采用ICEM CFD軟件對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在網(wǎng)格劃分時(shí)，綜合考慮反映流場(chǎng)真實(shí)情況以及求解計(jì)算效率，采用混

4、合網(wǎng)格劃分技術(shù)對(duì)流體域進(jìn)行網(wǎng)格劃分。在此基礎(chǔ)上，基于FLUNT流體力學(xué)計(jì)算軟件，進(jìn)行了該深潛救生艇的斜航和旋臂兩種約束模型試驗(yàn)的數(shù)值模擬，通過最小二乘法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，獲取了與速度、角速度相關(guān)的水動(dòng)力系數(shù)，并與半經(jīng)驗(yàn)半理論估算方法得到的估算值比較。
　　再次，基于反步法，針對(duì)實(shí)際工程中，深潛救生艇動(dòng)力定位數(shù)學(xué)模型中存在不確定、高度非線性部分，引入RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)其進(jìn)行非線性逼近，設(shè)計(jì)了一種動(dòng)力定位非線性自適應(yīng)反步控制器。