超空泡航行體動(dòng)力學(xué)特性分析的分段線性方法
【專利摘要】一種超空泡航行體動(dòng)力學(xué)特性分析的分段線性方法，其包括步驟1：建立超空泡航行體動(dòng)力學(xué)模型；步驟2：對(duì)超空泡航行體動(dòng)力學(xué)模型中非線性滑行力函數(shù)進(jìn)行分段線性擬合，獲得線性滑行力函數(shù)；步驟3：設(shè)定超空泡動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)；步驟4：采用分段線性滑行力Fp函數(shù)的超空泡動(dòng)力學(xué)模型獲得超空泡航行體的唯一平衡點(diǎn)，并在在平衡點(diǎn)處將系統(tǒng)線性化處理，得到系統(tǒng)的雅可比矩陣，以及平衡點(diǎn)處特征方程，獲得系統(tǒng)的特征值，判定系統(tǒng)的平衡點(diǎn)為不穩(wěn)定鞍焦。本發(fā)明的方法采用滑行力函數(shù)的分段線性化簡化了超空泡航行體的動(dòng)力學(xué)模型，使得模型的平衡點(diǎn)位置和穩(wěn)定性條件具有簡潔的解析表達(dá)式，更加方便的分析超空泡航行體的動(dòng)力學(xué)特性。
【專利說明】超空泡航行體動(dòng)力學(xué)特性分析的分段線性方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種超空泡航行體動(dòng)力學(xué)特性分析的分段線性方法，具體而言，尤其涉及一種水下超空泡航行體的動(dòng)力學(xué)特性分析的分段線性方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前，水下航行體技術(shù)在世界范圍內(nèi)得到了廣泛關(guān)注。其中，備受矚目的是水下超空泡航行體技術(shù)。
[0003]具體而言，所謂“超空泡航行體”是指，當(dāng)航行體在水下高速航行時(shí)，由于伯努利效應(yīng)，使得航行體周圍的液體汽化，從而產(chǎn)生覆蓋航行體大部分表面的超空泡，通過超空泡使航行體與水產(chǎn)生隔離，因此能夠降低航行體在水中的阻力，大大提高了航行體的運(yùn)動(dòng)速度與航行距離。
[0004]超空泡航行體在水下高速航行時(shí)，航行體的尾部與空泡壁接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的非線性滑行力，非線性滑行力的出現(xiàn)不僅會(huì)增加航行體的摩擦阻力，還會(huì)給航行體造成振動(dòng)與沖擊，進(jìn)而產(chǎn)生混沌這一復(fù)雜的非線性現(xiàn)象。因此，需要對(duì)該現(xiàn)象進(jìn)行分析，并且能夠分析結(jié)果對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化處理，從而獲得較為理想的航行結(jié)果。
[0005]事實(shí)上，對(duì)于一個(gè)非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)而言，當(dāng)系統(tǒng)參數(shù)在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)混沌和分岔等物理現(xiàn)象?；煦绾头植碜鳛橐环N復(fù)雜的非線性物理現(xiàn)象，過去的幾十年里在科學(xué)、數(shù)學(xué)以及工程應(yīng)用等各個(gè)領(lǐng)域得到了研究者極大的關(guān)注，關(guān)于具體物理系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)建模、非線性物理現(xiàn)象揭示、穩(wěn)定性和分岔分析等多個(gè)方面取得了大量的研究成果。
[0006]目前，國內(nèi)外有關(guān)超空泡航行體的非線性動(dòng)力學(xué)研究，主要是針對(duì)超空泡航行體開環(huán)參數(shù)引起的非線性現(xiàn)象和航行體反饋控制的研究。然而，對(duì)于超空泡航行體閉環(huán)控制的動(dòng)力學(xué)特性研究而言，在業(yè)內(nèi)仍屬空白。
[0007]由于超空泡航行體的閉環(huán)控制特性是進(jìn)行超空泡航行體反饋控制器設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，因此需要對(duì)其動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行正確分析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種超空泡航行體復(fù)雜非線性滑行力函數(shù)的分段線性方法，本發(fā)明的目的還在于簡化超空泡航行體動(dòng)力學(xué)模型，更加方便的分析超空泡航行體的動(dòng)力學(xué)特性。
[0009]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的超空泡航行體動(dòng)力學(xué)特性分析的分段線性方法是這樣的:
[0010]一種超空泡航行體動(dòng)力學(xué)特性分析的分段線性方法，其包括以下步驟:
[0011]步驟1:建立超空泡航行體動(dòng)力學(xué)模型；
[0012]假設(shè)在航行過程中各種作用力保持平衡，航行體總速度V保持不變，超空泡航行體的動(dòng)力學(xué)模型如下:[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種超空泡航行體動(dòng)力學(xué)特性分析的分段線性方法，其包括以下步驟: 步驟1:建立超空泡航行體動(dòng)力學(xué)模型；超空泡航行體的動(dòng)力學(xué)模型如下:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超空泡航行體動(dòng)力學(xué)特性分析的分段線性方法，其特征在于:所述步驟I的式(I)中，m為密度比(P m/p), g為重力加速度，η為尾翼效率；各系數(shù)矩陣Μ^ΑρΒ。和重力Fglmm分別可表達(dá)為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超空泡航行體動(dòng)力學(xué)特性分析的分段線性方法，其特征在于:所述步驟I的式(2)中，R'的表達(dá)式為:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超空泡航行體動(dòng)力學(xué)特性分析的分段線性方法，其特征在于:所述步驟2中，
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超空泡航行體動(dòng)力學(xué)特性分析的分段線性15方法，其特征在于:所述步驟3中的超空泡動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)，超空泡航行體的反饋控制增益分別為kz=15、ke=30 和 kq=0.3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超空泡航行體動(dòng)力學(xué)特性分析的分段線性方法，其特征在于:所述步驟4中，所述平衡點(diǎn)處的特征方程為:
det (I λ -Js) = O
入 ^=-21.ll±j31.95，λ 3=272.68土 j345.1。
【文檔編號(hào)】G01M10/00GK103558009SQ201310538856
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月4日
【發(fā)明者】熊天紅, 陳耀慧 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)