水面无人艇倾覆恢复系统分析及仿真研究

论文摘要

水面无人艇以其速度快、机动性高、自主性强等优点将取代人类而涉足一些人类力量承受范围之外的高消耗、高危险性领域。面对人类涉足甚少而又复杂多变的作业环境,水面无人艇必须依靠其自控能力、对环境的应变能力以及自适应能力才能独立生存。然而,无人艇实际作业环境是变化多端的,要应对的情况也不能100%完全预料。一旦无人艇对环境的变化把握有误或者未能及时做出正确响应则有可能导致倾覆的严重后果。为了达到不沉的目的,水面无人艇一般都设计为水密艇,本文则在不沉的基础上对水面无人艇的抗倾覆性进行研究。本文首先对其水密甲板进行了合理设计,然后对无人艇倾覆恢复机理进行系统分析,构建出无人艇倾覆恢复系统物理模型,最终设计出无人艇倾覆恢复系统的实现方案。为了检验方案的可行性与正确性,本文择优选择其中方案之一,构建出加装有倾覆恢复系统的水面无人艇虚拟对象,并将该对象置于虚拟水面环境中进行了一系列倾覆恢复仿真实验。从仿真实验的结果可以看出,此无人艇倾覆恢复系统完全满足无人艇抗倾覆要求,大大增加了无人艇在复杂作业环境的生命力和稳定性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 水面无人艇抗倾覆与仿真研究进展
• 1.1.1 水面无人艇研究动态
• 1.1.2 水面无人艇抗倾覆仿真与研究
• 1.2 水面无人艇艇型及运动分析
• 1.2.1 水面无人艇艇型分析
• 1.2.2 水面无人艇的运动与控制分析
• 1.3 课题的研究目的和意义
• 1.4 课题研究的内容
• 第2章 无人艇横倾运动的数学模型
• 2.1 坐标系
• 2.2 基本前提与基本假设
• 2.3 无人艇横倾运动受力分析
• 2.4 无人艇横倾运动数学模型
• 2.4.1 数学模型
• 2.4.2 合力矩K
• 2.5 本章小结
• 第3章 无人艇抗倾覆实现方案
• 3.1 无人艇抗倾覆需求分析
• 3.2 抗倾覆无人艇水密甲板设计
• 3.3 无人艇抗倾覆方法研究
• 3.3.1 无人艇抗倾覆物理模型的构建
• 3.3.2 无人艇抗倾覆系统设计
• 3.4 无人艇抗倾覆系统的实现
• 3.4.1 基本方案一
• 3.4.2 基本方案二
• 3.4.3 方案的对比与确立
• 3.5 本章小结
• 第4章 无人艇横倾稳性计算
• 4.1 无人艇稳性计算方法
• 4.1.1 常规方法
• 4.1.2 本文方法
• 4.2 无人艇横截面形状调整与简化
• 4.3 无人艇截面形状的方程建立
• 4.4 无人艇任意浮态的艇体浮心与恢复力矩计算
• 4.4.1 横倾运动过程中某一时刻的水线方程确定
• 4.4.2 水线WL与艇体各横剖面的交点计算
• 4.4.3 水线WL下的艇体横剖面面积以及面积型心计算
• 4.4.4 水线WL下的艇体浮心与恢复力矩计算
• 4.5 任意浮态下抗倾覆气囊的浮心与恢复力矩计算
• 4.6 无人艇横摇阻尼力矩计算
• 4.7 本章小结
• 第5章 无人艇抗倾覆仿真
• 5.1 无人艇抗倾覆仿真的基本内容
• 5.2 仿真对象的建立
• 5.3 仿真算法及实现
• 5.3.1 自定义类的设计
• 5.3.2 仿真程序运行流程设计
• 5.3.3 水线WL与横截面交点计算方法
• 5.4 仿真实验
• 5.4.1 改变抗倾覆气囊的充气速度
• 5.4.2 改变抗倾覆气囊的半径大小
• 5.4.3 抗倾覆气囊的满足要求的最佳半径大小
• 5.5 仿真结果与分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及取得的科研成果
• 致谢