国家自然科学基金(50705063)
- 作品数：11 被引量：73H指数：7
- 相关作者：张宏伟王延辉武建国王树新陈超英更多>>
- 相关机构：天津大学国家海洋技术中心天津工业大学更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金国家高技术研究发展计划天津市应用基础与前沿技术研究计划更多>>
- 相关领域：自动化与计算机技术理学天文地球交通运输工程更多>>
- 小型水下自航行器自沉浮装置设计与研究被引量：7
- 2008年
- 文中对水下自航行器(Autonomous Underwater Vehicle,简称AUV)的自沉浮装置进行了详细设计与研究。通过对已有的自沉浮装置方案进行对比研究,设计了以高压气体吹除压载水舱的新型自沉浮装置,该装置具有结构简单、可靠性高和可维护性好的特点,并可实现模块化设计。最后,对装置的主要设计参数进行了计算与优化。
- 张宏伟丁淑华王晓鸣王树新梁捷
- 关键词：压载水舱模块化
- 大涡模拟-Lighthill等效声源法的空腔水动噪声预测被引量：14
- 2010年
- 为了考察空腔产生的水动噪声,对气动声学理论与研究方法进行了分析,确立了大涡模拟-等效声源混合法.利用大涡模拟计算空腔非定常流动的流场结构,基于有限元/无限元法利用变分形式的Lighthill声类比方程进行声场的求解.利用该混合法考察了雷诺数为1.2×105的空腔算例频域内噪声的辐射特性,基频值的预测结果与文献基本一致,低频纯音的远场辐射具备指向性,沿上游方向辐射能量较高,高频宽带噪音的传播不具指向性.
- 耿冬寒刘正先
- 关键词：大涡模拟
- 水下滑翔器浮力驱动效率分析被引量：10
- 2009年
- 水下滑翔器作为一种新型水下机器人系统,由于采用了浮力驱动技术具有续航能力大、效率高、噪声低等优点,对于海洋环境监测与资源探测具有重要的应用前景。基于此,对做匀速滑翔运动的水下滑翔器驱动能量进行分析,给出水下滑翔器驱动效率的概念,并推导水下滑翔器在考虑额外能耗与不考虑额外能耗这两种情况下浮力驱动效率的计算方法,进一步分析影响驱动效率的相关因素和提高驱动效率的途径。通过分析可知,机翼的升阻比与滑翔额外能耗是影响浮力驱动效率的两个主要因素,其中机翼的升阻比是影响驱动效率的最重要因素。为揭示驱动效率和机翼结构参数和机翼形式之间的关系,采用经验公式分析机翼展弦比、后掠角对机翼升阻比的影响,采用流体力学计算软件Fluent6.2对相同面积的不同形式机翼的升阻比进行数值计算。研究结果为水下滑翔器设计提供了依据。
- 武建国陈超英王延辉张宏伟
- 关键词：水下滑翔器浮力驱动计算流体力学
- 水下滑翔器动力学建模及优化设计(英文)被引量：1
- 2010年
- 水下滑翔器是广泛应用于海洋观测的新型浮力驱动设备。它通过改变重、浮力的比例实现垂直方向运动,通过固定水平翼以及改变浮心和重心的相对位置实现水平方向的运动。文章使用吉布斯函数和阿佩尔方程建立了水下滑翔器动力学模型并指导水下滑翔器设计。首先获得能够建立水下滑翔器动力学特性和内部各移动重物关系的模型。然后,使用计算流体力学软件Fluent获得模型中水动力参数的数值。考虑固定水平翼位置影响,文中以减小能量消耗为目标,给出水平翼的较优位置设计。最后,通过水下滑翔器模型水域试验数据和仿真的对比,证明了动力学模型和水下滑翔器设计的有效性。
- 张宏伟王延辉陈超英朱光文
- 关键词：水下滑翔器动力学建模吉布斯函数CFD
- 基于模糊控制的水下自航行器着陆策略分析被引量：9
- 2009年
- 由于所携带能源总量的限制,目前水下自航行器(Autonomous underwater vehicle,AUV)不能满足长时间海洋环境测量的要求。为了有效地减少能耗,解决AUV工作时间短的问题,提出一种具有变浮力系统、能够着陆坐底的小型AUV。该AUV通过着陆坐底实现定点测量,可以利用有限的能源实现长时间的海洋环境监测。基于此,对AUV的着陆策略进行研究。在对注水自由下沉着陆策略进行分析的基础上,分析水舱注水量与着陆速度、着陆时间以及着陆俯仰角的关系。最终选择控制注水着陆策略作为AUV的水下着陆方案,并基于模糊控制设计着陆控制器。该方法根据AUV距离海底的高度和俯仰角通过模糊推理来控制AUV水舱的注水量,可以使AUV以较短的时间着陆于海底,同时又将着陆速度和着陆俯仰角控制在很小的范围内,满足了AUV安全着陆的要求。仿真和水域试验结果证明了采用该着陆策略的可行性。
- 王晓鸣张宏伟王树新
- 关键词：水下自航行器着陆注水模糊控制
- 水下滑翔器LQR调节器设计被引量：2
- 2009年
- 水下滑翔器是一种新型自治式水下航行器,可用作海洋测量传感器的搭载平台。通过对水下滑翔器动力学模型线性化,获得垂直剖面水下滑翔器系统状态空间方程,并在此基础上设计了LQR调节器。考虑到海洋环境的复杂性,重点研究了扰动条件下,滑翔器在垂直剖面内运动方向和姿态的控制问题,讨论了系统对干扰的抑制和对输入控制指令的跟踪响应情况。仿真分析与水域试验显示,使用LQR调节器的水下滑翔器系统能够提高响应速度和对环境干扰的抑制能力。
- 王延辉张宏伟陈超英
- 关键词：水下滑翔器动力学模型仿真
- 小型自主水下航行器尾舵设计与研究被引量：11
- 2009年
- 针对小型自主水下航行器(AUV)尾舵设计的关键问题,采用二维计算流体力学(CFD)方法模拟了流速为2m/s时,常用NACA00××系列翼型在不同来流下的情况,得到了小型自主水下航行器常用翼型的水动力特性;采用DNV规范计算得到了尾舵面积的大小;采用三维CFD方法研究了舵轴位于不同位置时的铰链力矩,找到了具有最小铰链力矩的舵轴位置。文中的研究结果为小型水下自航行器尾舵的设计提供了理论依据和参考。
- 武建国张宏伟
- 关键词：自主水下航行器计算流体力学
- 浅海水下滑翔器航行效率分析被引量：3
- 2009年
- 针对浅海水下滑翔要求浮力驱动系统肺活量大、流量大、纵向速度改变快以及姿态调整迅速等特点,设计了适用于浅海水下滑翔器的浮力驱动系统和姿态调节系统。给出了水下滑翔器航行效率的概念和计算方法,探讨了水下滑翔器航行效率的影响因素和提高方法。
- 武建国陈超英王树新王延辉张宏伟
- 关键词：水下滑翔器浮力驱动
- AUV水下着陆策略研究被引量：9
- 2008年
- 水下自航行器(AUV)的续航能力主要取决于其所携带能源总量.为了有效地减少能耗,提出了一种具有变浮力系统、能够着陆坐底的小型AUV,它可以利用有限的能源实现长时间的海洋环境监测.首先介绍了该AUV的总体结构,然后对AUV的着陆策略进行了详细研究.在对三种着陆策略进行对比的基础上,选择下潜航行到位控制注水着陆策略作为最佳的水下着陆方案.该策略能够使着陆时的冲击力保持在安全范围内,并且着陆时间最短.最后对着陆轨迹进行规划.仿真和水域实验的结果都证明采用该着陆策略能够安全、平稳地实现水下着陆.
- 王晓鸣王树新张宏伟候巍
- 关键词：AUV着陆
- 水下滑翔器浮力驱动机构布局分析被引量：3
- 2009年
- 水下滑翔器是一种新型海洋测量平台,它采用浮力驱动方式,并依靠调整重心实现姿态控制。文中从研究水下滑翔器纵垂面内滑翔运动的平衡状态入手,通过对将浮力驱动机构布置在滑翔器的艏部和艉部时的平衡状态受力进行对比分析,指出将浮力驱动机构布置在艏部可以有效缩短重心调节重物的移动距离,并分析了两种布局方式的优缺点,为水下滑翔器的结构设计和控制系统设计提供了参考。
- 张宏伟李智王延辉武建国
- 关键词：水下滑翔器滑翔运动
