检索结果-内蒙古大学图书馆

中国造船 2024年第1期65卷 213-222页

作者：郭佳奇李鹏秦洪德林忠宇哈尔滨工程大学水下机器人技术国家重点实验室哈尔滨150001 哈尔滨工程大学烟台研究院烟台264006

以经典的SUBOFF潜艇模型为研究对象,运用商业软件STAR-CCM+收集和分析该艇的速度信息,计算作用在艇体上的水动力。分别进行了斜航运动与纯横荡、纯摇艏运动仿真,求取相应的水动力系数。给出在4.5kn与6.5kn航速下的斜航模拟试验中模型所... 详细信息

以经典的SUBOFF潜艇模型为研究对象,运用商业软件STAR-CCM+收集和分析该艇的速度信息,计算作用在艇体上的水动力。分别进行了斜航运动与纯横荡、纯摇艏运动仿真,求取相应的水动力系数。给出在4.5kn与6.5kn航速下的斜航模拟试验中模型所受的垂向力与摇艏力矩,对它们与速度的关系进行拟合,计算相应的水动力系数。对模型进行纯横荡与纯摇艏数值模拟,通过拟合曲线求得相应的水动力系数。该研究对进一步研究无人潜水器水动力性能和运动控制具有重要参考意义。

关键词：水动力系数 SUBOFF 水动力性能 CFD

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基于保角变换的自主水下机器人近壁水动力预报

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船舶工程 2023年第3期45卷 166-173页

作者：江志远李鹏秦洪德哈尔滨工程大学水下机器人技术国家重点实验室哈尔滨150001

为解决自主水下机器人(AUV)近底水动力干扰的实时预报问题,基于保角变换法对常规势流边界元法进行改进,将海底复杂的边界形状变换为平坦边界,同时解析得到地形诱导的入射势,在简化的边界条件下采用边界元法求解物体表面扰动势,从而计算... 详细信息

为解决自主水下机器人(AUV)近底水动力干扰的实时预报问题,基于保角变换法对常规势流边界元法进行改进,将海底复杂的边界形状变换为平坦边界,同时解析得到地形诱导的入射势,在简化的边界条件下采用边界元法求解物体表面扰动势,从而计算物体所受水动力。开展水动力数值计算,并将该方法与常规方法进行对比,验证算法的精度和收敛性,得到海底地形对物面压力分布的影响。结果表明,改进算法能避免对无限边界的截断和离散,显著提高计算效率。该方法可进一步用于分析海底地形或障碍对AUV的水动力干扰规律,为近边壁航行AUV的操纵性能优化和控制策略设计提供参考。

关键词：自主水下机器人势流边界元保角变换海底地形

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海底沙波对潜器水动力性能的影响

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中国舰船研究 2023年第1期18卷 89-98,123页

作者：李鹏国瑀秦洪德邓忠超哈尔滨工程大学水下机器人技术国家重点实验室黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学烟台研究院山东烟台264006

[目的]研究潜器在海底沙波地形干扰下的水动力特性。[方法]基于计算流体力学(CFD)方法,使用STAR-CCM+软件并结合重叠网格方法对潜器经过海底沙波的过程进行模拟,计算潜器阻力系数和升力系数在此过程中的变化。[结果]结果表明,当潜器近... 详细信息

[目的]研究潜器在海底沙波地形干扰下的水动力特性。[方法]基于计算流体力学(CFD)方法,使用STAR-CCM+软件并结合重叠网格方法对潜器经过海底沙波的过程进行模拟,计算潜器阻力系数和升力系数在此过程中的变化。[结果]结果表明,当潜器近海底航行时,沙波地形会对潜器产生一定的干扰,当艏部运动至波峰附近时,负升力出现最大值,当艉部运动至波峰附近时,阻力出现最大值;在不同航速下,潜器表面压力分布规律的不同会导致升力系数的变化规律不同;随着近海底距离的减小,海底沙波对潜器阻力和升力变化影响显著,当H/D>5时,海底沙波对潜器阻力和升力的影响可以忽略。[结论]所做研究可为潜器的安全及操纵性能提供一定的参考。

关键词：潜器海底沙波水动力性能流场特性

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飞翼式水下滑翔机的性能分析与控制策略优化

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哈尔滨工程大学学报 2022年第1期43卷 151-158页

作者：李志超乔岳坤哈尔滨工程大学经济管理学院黑龙江哈尔滨150001 哈尔滨工程大学水下机器人技术国家重点实验室黑龙江哈尔滨150001

相比传统的水下滑翔机,飞翼式水下滑翔机具有更高的滑翔效率,但存在诸多技术难题,值得深入研究。基于以上技术背景,本文探讨了飞翼式水下滑翔机的滑翔性能分析和垂直面运动控制设计问题。建立垂直操纵面的动力学方程,解算水下滑翔机平... 详细信息

相比传统的水下滑翔机,飞翼式水下滑翔机具有更高的滑翔效率,但存在诸多技术难题,值得深入研究。基于以上技术背景,本文探讨了飞翼式水下滑翔机的滑翔性能分析和垂直面运动控制设计问题。建立垂直操纵面的动力学方程,解算水下滑翔机平衡条件下的运动状态,预报飞翼式水下滑翔机的运动性能。针对其操纵性和稳定性较差的特点,设计一个跟踪微分模糊PID控制器,并利用Matlab软件搭建仿真实验平台,从理论上验证该控制器。利用飞翼式水下滑翔机样机进行一系列的水池航行实验,主要包括:垂直面的潜浮切换和纵倾角跟踪。实验结果验证了飞翼式水下滑翔机大滑翔比的特性,结果表明:所设计的控制器可以有效地控制飞翼式水下滑翔机垂直面运动,在纵倾角跟踪和潜浮切换运动具有较好的控制精度和稳定性。

关键词：飞翼式水下滑翔机垂直面运动性能分析运动控制策略优化

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旁路等离子-MIG复合电弧及耦合熔池作用机理与数值分析

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焊接学报 2023年第8期44卷 1-6,13,I0003页

作者：王子然苗玉刚王林马旭伯魏超张本顺哈尔滨工程大学水下机器人技术国家级重点实验室哈尔滨150001 中国机械总院集团哈尔滨焊接研究所有限公司哈尔滨150028 江苏自动化研究所连云港222006

旁路等离子-MIG复合工艺是通过等离子焊枪的导电铜嘴与焊丝之间形成的分流弧、焊丝与母材之间的主路弧同轴耦合进行焊接的新型工艺,不但保持了MIG焊的高效性,还可以通过对旁路电流的调节实现焊接过程能量的精确控制.为了深入了解该工艺... 详细信息

旁路等离子-MIG复合工艺是通过等离子焊枪的导电铜嘴与焊丝之间形成的分流弧、焊丝与母材之间的主路弧同轴耦合进行焊接的新型工艺,不但保持了MIG焊的高效性,还可以通过对旁路电流的调节实现焊接过程能量的精确控制.为了深入了解该工艺条件下复合电弧与耦合熔池的物理作用机制,通过建立流体动力学瞬态计算模型,并基于合理的试验验证,对旁路电流加载前后气液两相内部及界面处的传热传质行为进行了对比研究.结果表明,相比未加载旁路电流时,电弧的最高温度下降约1000 K,同时电弧与耦合熔池交界处的有效热通量整体下降;熔池内部液态金属回流速度明显下降,因此导致熔深和熔宽尺寸均有所减少;复合电弧和耦合熔池的最大电磁力方向没有改变,但数值均有所降低.

关键词：旁路分流等离子-MIG复合焊复合电弧耦合熔池传热传质

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潮流能水平轴水轮机流场分析

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太阳能学报 2023年第9期44卷 468-475页

作者：刘葳兴刘磊崔琳李宁宇张之阳江苏海洋大学海洋工程学院连云港222005 国家海洋技术中心天津300112 哈尔滨工程大学水下机器人技术重点实验室哈尔滨150001

用OpenFOAM开源软件对水平轴水轮机进行数值模拟,以推力T作为体积力附加源项均匀加载到制动盘模型(AD),进行求解计算。在尖端速度比(TSR)为5.5的条件下,对自由区、单台水轮机、水轮机阵列3种情况下的流场进行分析。结果显示:在来流上游... 详细信息

用OpenFOAM开源软件对水平轴水轮机进行数值模拟,以推力T作为体积力附加源项均匀加载到制动盘模型(AD),进行求解计算。在尖端速度比(TSR)为5.5的条件下,对自由区、单台水轮机、水轮机阵列3种情况下的流场进行分析。结果显示:在来流上游时,三者流速曲线吻合,流速增长趋势一致。水流在AD前端时,AD会对其有阻力作用,导致流速大幅下降。在尾流处,在水轮机阵列上游中,并列两侧水轮机尾流与下游水轮机流场发生动能交换,使其尾流恢复速度大于单台水轮机尾流速度。然而,无论是单台水轮机还是水轮机阵列,它们轴线方向上的中部尾流恢复严重不足,这是由于尾流的干涉使得下游水轮机的来流速度不断减小,其可吸收转化的能量也减少,速度随之减小,尾流也无法恢复。

关键词：潮流能致动盘数值模拟水平轴水轮机尖端速度比尾流场

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碳钢旁路热丝PAW增材制造成形及组织和性能调控

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焊接学报 2022年第4期43卷 55-60,I0006页

作者：苗玉刚李春旺邵丹丹赵羽扬魏超张本顺哈尔滨工程大学水下机器人技术国家级重点实验室哈尔滨150001 中船黄埔文冲船舶有限公司广州511462 江苏自动化研究所连云港222006

为了解决电弧增材制造过程中电弧热输入过大导致成形较差、晶粒粗大等问题,以H08Mn2Si碳钢为增材材料,进行了旁路热丝等离子弧(PAW)增材制造成形及组织优化.首先在单层单道沉积试验中,研究了主/旁路电流比对熔敷成形和热输入的影响;然... 详细信息

为了解决电弧增材制造过程中电弧热输入过大导致成形较差、晶粒粗大等问题,以H08Mn2Si碳钢为增材材料,进行了旁路热丝等离子弧(PAW)增材制造成形及组织优化.首先在单层单道沉积试验中,研究了主/旁路电流比对熔敷成形和热输入的影响;然后进行多层单道沉积试验,分析了不同层间温度下碳钢的成形、微观组织以及硬度;最后对成形良好的增材样件进行了拉伸性能测试.结果表明,当主/旁路电流比较小时,可以获得表面均匀光滑的熔覆层、母材稀释率可减小至10%;当控制层间温度为较低的温度100℃时,增材成形表面质量较好,试样中间稳定区域处的微观组织晶粒尺寸细小,珠光体占比增加,平均硬度最高可达到294 HV;拉伸试验表明其强度性能以及塑性性能在各方向上均匀一致,断裂形式为韧性断裂.

关键词：旁路热丝等离子弧焊增材制造热输入显微组织

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DH36高强度船板钢对接焊残余应力与变形数值模拟与试验分析

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武汉理工大学学报 2023年第10期45卷 104-111页

作者：苗玉刚王林王子然卓振坚林春香谭国平谢祖靠哈尔滨工程大学水下机器人技术国家级重点实验室哈尔滨150001 中船黄埔文冲船舶有限公司广州511462

为了解某大洋开采船钻台面分段合拢焊缝产生的焊接变形和残余应力,对局部焊接接头结构即DH36高强度船板钢多层多道对接焊产生的焊接变形和残余应力进行了数值模拟和试验分析。为了提高数值模拟的准确性,基于热弹塑性理论,以SYSWELD软件... 详细信息

为了解某大洋开采船钻台面分段合拢焊缝产生的焊接变形和残余应力,对局部焊接接头结构即DH36高强度船板钢多层多道对接焊产生的焊接变形和残余应力进行了数值模拟和试验分析。为了提高数值模拟的准确性,基于热弹塑性理论,以SYSWELD软件为计算平台,建立了基于固态相变的三维“热-冶金-机械”耦合的多物理场热弹塑性有限元计算方法。数值模拟与试验结果表明,DH36多层多道对接焊主要产生角变形;焊缝及近焊缝区沿着焊接方向的纵向残余应力主要为拉应力;横向残余应力分布比较复杂,沿着中央横截面上表面除了在最后一道焊缝及其附近是压应力其余为拉应力。数值模拟与试验结果误差很小,考虑固态相变因素的热弹塑性有限元法可以对焊接变形和残余应力进行准确的预测。

关键词： DH36钢焊接变形焊接应力数值模拟热弹塑性有限元法固态相变

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海底地形匹配高效质点滤波导航方法

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数字海洋与水下攻防 2021年第6期4卷 439-445页

作者：马腾丁硕硕范佳佳李晔哈尔滨工程大学水下机器人技术国家级重点实验室哈尔滨理工大学自动化学院

海底地形匹配导航技术可实现自主水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)长时间的水下精确导航。质点滤波器(Point-Mass Filter,PMF)是实现AUV精确海底地形匹配导航的重要方法,但质点权重计算过程中需要寻找空间分布不规则的实... 详细信息

海底地形匹配导航技术可实现自主水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)长时间的水下精确导航。质点滤波器(Point-Mass Filter,PMF)是实现AUV精确海底地形匹配导航的重要方法,但质点权重计算过程中需要寻找空间分布不规则的实测地形数据点与网格化先验地形图数据点间空间对应关系,造成大量计算消耗,严重影响了地形匹配导航算法实时性能。提出一种海底地形匹配高效质点滤波导航方法,通过构建伪输入高斯过程(Sparse Pseudo-input Gaussian Processes,SPGPs)模型,实现实测海底地形数据高效、精确网格化插值过程,并根据SPGPs方法提供的插值置信度实现网格化概率地图构建;搭建质点滤波器算法框架,提出适用于概率地图的质点权重计算过程,通过考虑网格化地图不同节点插值置信程度差别,提高地形匹配导航精度。于青岛中沙礁展开海上数据获取试验,并利用海试数据完成算法回放式仿真验证。试验结果证明,所提出网格化插值方法可实现高精度、高效地形深度插值过程,所提出海底地形匹配高效质点滤波导航方法可为AUV在线提供精确导航结果,且实时导航圆概率误差小于3 m。

关键词：海底地形匹配导航水下机器人质点滤波伪输入高斯过程

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水下地形匹配导航初始定位研究

水下地形匹配导航初始定位研究

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2021年无人系统高峰论坛（USS 2021）

作者：王汝鹏李晔陈云赛马腾丛正贡雨森河海大学海岸灾害与防护教育部重点实验室哈尔滨工程大学智能水下机器人技术重点实验室国家深海中心

【研究背景】卫星定位信号无法到达深海,声学定位存在作用范围受限、延时等问题,惯性导航误差随时间无限累积[1]。因此,具有有界定位误差、无时延等优点的水下地形匹配定位技术成为水下航行器长期、远距离、高精度导航的重要突破口。水... 详细信息

【研究背景】卫星定位信号无法到达深海,声学定位存在作用范围受限、延时等问题,惯性导航误差随时间无限累积[1]。因此,具有有界定位误差、无时延等优点的水下地形匹配定位技术成为水下航行器长期、远距离、高精度导航的重要突破口。水下地形匹配导航实质为由主导航系统和地形匹配定位系统构成的组合导航系统。该系统以先验地形信息为定位信息源,基于地形匹配与融合滤波方法进行定位信息的迭代解算。由于在水下地形匹配导航系统初始点存在较大的主导航定位误差,加之地形本身的强非线性、自相似、测量误差的非高斯等因素影响,导致水下地形匹配导航系统运行初始阶段存在滤波不稳定问题,严重影响系统可靠性[1]。【研究目标】由于滤波不稳定性主要是由于水下地形匹配导航系统初始时刻存在较大的主导航定位误差,导致系统初始定位伪波峰和误匹配概率增加,加之测量误差持续输入和滤波器记忆效应影响引起滤波不稳定[1]。为此,本研究拟通过构建高精度地形匹配定位方法,提高水下地形匹配导航系统初始定位精度,提高系统初始化精度,以此提高系统运行初始阶段的滤波稳定性和系统可靠性。【理论与方法】本研究提出了基于多匹配定位点非线性融合的初始定位方法 (NLMTFP,Non-linear Multi-TRP Fusion Positioning),构建了基于贝叶斯估计模型的NLMTFP方法及该模型的有限网格数值求解方法[1]。由于地形匹配定位点的误差不具有时间相关性且只与地形特征和测量误差有关,所以地形匹配定位的误差是时间有界,而且地形匹配导航规划点的测量地形之间几乎没有相关性(适配性较高的区域),所以地形匹配定位误差也可视为相互独立的。考虑到参考导航信息虽然在时间上是发散但在短距离内的相对定位误差小于地形匹配定位误差,所以其相关性正好可以约束地形匹配定位点的跳变性,因此NLMTFP方法可以有效的抑制伪波峰和误匹配现象,获得较高精度和较高稳定性的初始定位结果[1]。【研究结果】本研究利用船载数据进行验证试验,分为高适配区域和低适配区域试验[3]。其中,低适配器区域和高适配区域试验的地形匹配导航起点的地形适应性分别为:0.0080和0.0107;试验总航程分别为:2107.78m和2183.28m;地形匹配导航起点距离主导航(推算导航)起点分别为:1316.47m和1483.09m,主导航误差约为航程的5%,试验中采用15帧多波束数据进行匹配定位,每帧包含192个测量点,初始定位搜索区间大小为200m×200m。对比试验中分别采用TERCOM初始定位[1]、置信区间约束[3][5]、NLMTFP (3个地形匹配点)[1]进行水下地形匹配导航系统粒子滤波器初始化。在低适配区,三种初始化方法得到的导航末端粒子集分布方差和定位偏差分别为:8.58m、6.85m;8.60m、6.56m;8.86m、9.25m。而在高适配区,三种初始化方法得到的导航末端粒子集分布方差和定位偏差分别为:6.85m、6.90m;6.56m、6.92m;9.25m、6.01m [1]。【研究结论】高精度的初始定位概率分布函数和PF初始化采样方法对于提高TAN初始阶段PFs的收敛速度和稳定性具有重要意义。NLMTP初始化PF方法可以提高TAN初始阶段粒子集的收敛速度,减小PF的分布范围和伪定位点附近粒子的权重,从而有效地降低了伪点附近的复制速度和粒子数,有效地提高了PF的稳定性和准确性。此外,PF的初始化精度主要影响TAN系统在初始阶段的稳定性和精度。初始阶段的快速滤波收敛是TAN系统进入跟踪导航阶段并输出有效定位信息的前提,如果不能提高深海TAN初始位置的稳定性和可靠性,则TAN的应用风险会很大,在这种情况下,它不能被广泛使用,特别是在深海勘探领域。因此,需要将TAN系统的初始定位过程(TAN初始化和滤波器收敛)作为一个单独的环节进行研究[1]。

关键词：水下航行器水下导航地形匹配导航地形匹配定位粒子滤波初始化

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