两栖装甲车辆模拟器水动力学研究

论文摘要

目前,我国装甲部队对驾驶员的培训主要采用实车培训。这种方式不仅需要大量的装甲车辆和指导人员,而且还需要使用大面积场地、消耗燃料,这样就不可避免地带了噪声污染、空气污染等。此外,如果操作人员在培训过程中出现失误,更可能会出现生命危险。驾驶模拟器的出现为驾驶培训问题提供了全新的解决方案。驾驶模拟器是一种采用了虚拟现实技术,能够逼真地模拟车辆的驾驶动作,并且获得实际驾驶感觉的仿真设备。车辆动力学模型是驾驶模拟器的实时计算机仿真子系统的重要组成模块之一,而实时计算机仿真系统又是驾驶模拟器系统的核心,所以车辆动力学模型直接影响到模拟器的运行效果。本文的研究目的是建立合适的水动力学模型,用于开发两栖装甲车辆的驾驶模拟器,以达到良好的模拟效果。两栖车辆的水动力学既不同于陆上车辆行驶的动力学,又不同于船舶的水动力学。到目前为止,虽然陆上车辆动力学理论和船舶水动力学理论已经相当成熟,但对两栖车辆的水动力学研究工作相对较少,因此本文的研究具有重要意义。本文研究了两栖装甲车辆驾驶模拟器的系统构成及其工作原理,确定所研究的水动力学模型整个驾驶模拟系统的地位,以指导后续的研究工作。为建立两栖车辆的水动力学模型,本文先研究了车辆陆上行驶的动力学(包括直线行驶和转向行驶),在此基础上考虑了水对车辆的作用效果,建立了两栖车辆由陆入水、由水登陆以及从水中行驶到登陆舰艇上这3种工况下车辆的水动力学模型。为了进行仿真,随后又建立了动力传动系统数学模型。最后,在Matlab/Simulink环境中,建立了两栖车辆水动力学和动力传动系统的仿真模型,并对该模型进行仿真。此外,本文还对两栖装甲车辆入水过程中的浮力大小和浮心位置的计算方法进行了研究,提出了两种方法——投影几何法和SolidWorks三维实体模型法,并对这两种方法进行了对比分析,结果发现第二种方法计算更为精确且通用性较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的提出及研究的意义
• 1.2 履带车辆动力学的发展及研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 驾驶模拟器的系统构成及工作原理
• 2.1 引言
• 2.2 驾驶模拟器的系统构成
• 2.2.1 实时计算机仿真系统
• 2.2.2 模拟座舱
• 2.2.3 运动系统
• 2.2.4 视景系统
• 2.2.5 音效系统
• 2.2.6 指挥控制台
• 2.3 驾驶模拟器的工作原理
• 2.4 本章小结
• 第3章 两栖装甲车辆水动力学模型的建立
• 3.1 引言
• 3.2 坐标系的建立
• 3.2.1 车体空间位姿的描述
• 3.2.2 车体空间位姿参数的求解
• 3.3 两栖装甲车辆陆上行驶动力学模型
• 3.3.1 直线行驶动力学模型
• 3.3.2 转向行驶动力学模型
• 3.4 两栖装甲车辆由陆入水的动力学模型
• 3.4.1 两栖车辆入水原理
• 3.4.2 车辆入水动力学模型的建立
• 3.5 两栖装甲车辆出水登陆的动力学模型
• 3.5.1 两栖车辆出水原理
• 3.5.2 车辆出水动力学模型的建立
• 3.6 两栖装甲车辆上登陆舰艇的动力学模型
• 3.6.1 车辆登入舰艇过程
• 3.6.2 车辆上登陆舰艇动力学模型的建立
• 3.7 动力及传动系统模型
• 3.7.1 发动机模型
• 3.7.2 传动箱模型
• 3.7.3 离合器模型
• 3.7.4 变速箱模型
• 3.7.5 转向机模型
• 3.7.6 喷水推进器模型
• 3.8 本章小结
• 第4章 浮力和浮心位置计算
• 4.1 引言
• 4.2 投影几何法
• 4.2.1 两栖装甲车辆模型的简化
• 4.2.2 三种常用截面图形的形心位置
• 4.2.3 计算流程
• 4.3 SolidWorks三维实体模型法
• 4.3.1 SolidWorks软件和Visual Basic语言简介
• 4.3.2 浮心求解算法
• 4.4 对比分析
• 4.4.1 投影几何法的计算结果
• 4.4.2 SolidWorks三维模型法的计算结果
• 4.4.3 对比分析计算结果
• 4.5 浮态验证
• 4.6 本章小结
• 第5章 水动力学模型仿真
• 5.1 引言
• 5.2 水动力学模型仿真的实现
• 5.2.1 开发工具
• 5.2.2 Simulink仿真模型的建立
• 5.3 仿真结果
• 5.3.1 仿真曲线
• 5.3.2 模拟器的运行效果
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢