水下航行结构的建模与振动分析

合集下载

水下航行器机械声源至声辐射传递关系建模

水下航行器机械声源至声辐射传递关系建模水下航行器的机械声源产生了辐射声，这些声波会经过水中的介质传播到达接收器。

水下航行器机械声源至声辐射传递关系是指机械声源产生声波经过水下传播至接收器的过程。

在此过程中，机械声源的特性、水下环境的传播特性、接收器的位置和特性等都是影响信号传递的因素。

因此，建立机械声源至声辐射传递模型是了解水下环境、研究水下信号传递和进行水下声信号处理的基础。

机械声源至声辐射传递模型中主要包括三个部分：机械声源模型、水下声传播模型和接收器模型。

机械声源模型描述了机械系统的振动运动和激发位移与速度的关系。

水下声传播模型描述了声波在水下传播的方法。

接收器模型描述了接收器对声波的接收性质和性能。

机械声源模型的建立是信号传递模型的第一步。

航行器的机械部件在工作时会不可避免地产生噪声，因此需要对机械系统的振动运动进行建模。

常用的方法是通过分析结构分析得出机械系统的振动特性，进而确定机械系统激发位移与速度之间的关系。

机械声源模型的建立需要考虑到航行器在水中工作的特殊环境，例如水流对机械系统的影响等因素。

水下声传播模型包括水下环境和声波传播规律。

水下环境包括水的密度、水的温度和盐度等因素，这些因素会影响声波在水中的传播速度和传播特性。

声波传播规律一般使用波动方程式进行描述，波动方程式可以用来计算声波的传播距离、传播时间、声波的幅度、相位等。

接收器模型包括接收器类型、形状和布置情况等因素。

不同类型的接收器对声波的频率响应、灵敏度、噪声等有所不同。

接收器模型的建立需要结合接收器的实际应用场景进行优化设计。

水下航行器机械声源至声辐射传递关系建模是水下声信号传递研究中的重要方法之一。

通过建立声传递模型，可以准确地描述机械声源产生的声波在水中的传播规律和各种传播参数。

这对于水下声信号的识别、定位和抑制等方面具有重要意义。

未来，对于水下航行器机械声源至声辐射传递关系建模的研究将更加精细和反应实际应用需要。

水下航行体舱段结构声学设计模型分析

中国分类号：６１４Ｕ６．４文献标志码：Ａ文章编号：６３—３８２１０１７１５（Ｏ０）６—１２—０４
ＳｒｃｕｒｌＡｃｕｔｃＡｎｌｓｓｏｈｂｎｏｄｒｔｒＶｅｉｌｔｕｔａ－ｏｓｉａｙｉｎｔｅＣａｉｆＵｎｅｗａｅｈｃｅ
２ＴｅＩｓｔｔｆＮｖｌｓｅ，Ｎｖｌａｅｆｍａｎ，Ｂｉｎ１１ＣｉａｈｎｔｕｅｏａａＶｅｓｌａａＡｃｄｍｙｏｉＡｒｍｅｔｅｉｇ１０，ｈｎｊ０６
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｔｈｔｕｔｒｌｃｕｔｃｄｓｇｄｌｆｒａｎｌｓｄｃｂｎｓｃｉｎｏｎｅｗａｅｅｉｌｓｅｓｒｃｕａ—ａｏｓｉｅｉｎｍｏｅｏｎｅｃｏｅａｉｅｔｏｆｕｄｒｔｒｖｈｃｅｗａ
水下航行体舱段结构声学设计模型分析
艾海峰１陈志坚王路
１海军工程大学船舶与动力学院．北武汉４０３湖３０３２海军装备研究院舰船论证研究所．京１０６北０１１
摘要：用基于模态坐标的有限元／界元方法．立水下航行体封闭舱段声学设计模型，用该耦合分析模采边建利
ｂｉｐｕｉｇＦＥＭ／ｕｌｕｓｎｔＢＥＭｔｏａｅｎｍｏａｏｒｉａｅ，ｔｅｖｂａｉｎａｄｓｕｄｒｄａｉｎｅａａ — ｍｅｈｄｂｓｄｏｄｌｃｏｄｎｔｓｈｉｒｔｎｏｎａｉｔｈｒｃｏｏ

大型水下航天器振动特性分析与优化设计

大型水下航天器振动特性分析与优化设计随着科技的不断进步和人类对深海的探索愈发深入，大型水下航天器的研发和应用逐渐变得重要起来。

在这个过程中，振动特性分析和优化设计是一个关键的环节。

一、大型水下航天器振动特性分析大型水下航天器的振动特性是指其受到外力后，产生的运动和变形的规律和程度。

它受到许多因素的影响，如外力的大小、方向和频率等。

如果对水下航天器的振动特性进行分析和优化，可以提高其在深海环境下的耐受性和性能表现。

1. 自由振动首先，水下航天器以自由形式振动的特性需要进行分析。

这是在没有外界激动力作用下的振动状态，通常由航天器的固有结构和参数决定。

通过建立航天器的模型和运用结构动力学方法，可以计算出水下航天器自由振动的各个模态，即不同频率的振动状态。

2. 强制振动水下航天器在深海中工作时，受到来自海流、水压和其他外力的影响，会引起其强制振动。

为了优化航天器的性能，分析这些外力对航天器振动的影响至关重要。

可以通过数值模拟和实验方法，测量和计算出航天器在不同频率、幅度和方向的外力下的振动响应，评估其振动性能的安全性和稳定性。

二、大型水下航天器优化设计振动特性分析是为了更好地改善航天器的振动性能，提高其工作效率和安全性。

为此，需要对航天器的结构和材料进行优化设计，以减少其振动响应。

1. 结构设计水下航天器的结构设计需要考虑力学和材料的因素。

结构的形式和尺寸、材料的力学特性、连接方式等都会对航天器的振动响应产生影响。

通过优化设计，如添加阻尼材料、增加支撑点、改变结构形式等，可以最大程度地减少航天器的振动响应，提高其性能和工作效率。

2. 材料设计航天器的材料选择也是优化设计的重要环节。

材料的硬度、弹性和抗腐蚀性等都会影响航天器的振动响应。

通过对不同材料的对比实验和数值模拟，可以选出最佳材料，并应用到航天器的设计中。

三、总结由此可见，大型水下航天器的振动特性分析和优化设计是复杂的任务，需要从多个角度综合考虑，包括航天器的物理和化学特性、结构和材料的力学和振动特性等。

船舶结构建模及水下振动和辐射噪声预报

1 声振计算的有限元/ 边界元理论
完全耦合的结构流体运动方程 ,可以用统一的矩阵形式表示有
[
M
s e
]
ρ[
R
f e
]
[0 ]
[
M
f e
]
{ ¨ue}
[ Cse ]
{ ¨pe} + [ 0 ]
[0 ] [ Cef ]
{ ue} { pe}
[ Kse ] +
-
[
R
f e
]
T
{ ue} = { Fse}
研究船舶由于结构振动产生的水下辐射噪声 , 有二个问题是必须考虑的 :第一个问题是船舶湿表面和水之间的流 - 固耦合 ,以及双层壳体中流体的影响。求解复杂结构的流固耦合问题的困难 ,往往
收稿日期 :2003208210 作者简介 :彭旭 (1962 - ) ,男 ,湖北人 ,工程硕士 ,室主任 ,从事振动与噪声研究工作。
=-
jωρνn
(2)
其中νn 是边界表面的法向速度 ,ω为圆频率。在无
限远处要满足 Sommerfeld 的辐射条件
lim r
r →∞
5p 5r
+
jkp
=0
(3)
利用波动方程和条件 (11) 、(12) ,对于单频声
场 ,可转化为 Helmholtz 积分方程
∫S
p( Q)
5 G( P, Q) 5n
船舶结构建模及水下振动和辐射噪声预报
9
文章编号 :1006 - 1355 (2003) 06 - 0009 - 04
船舶结构建模及水下振动和辐射噪声预报
彭旭1 ,2 ,骆东平1
(1. 华中科技大学武汉 430074 ; 2. 中国船舶重工集团第 719 所武汉 430064)

水下航行体振动与声辐射数值实验研究

中图分类号：６．４Ｕ６１４文献标志码：Ａ文章编号：６１７５（０００１７０１７—９３２１）３０３５
水下航行体噪声包括结构噪声、旋桨噪声螺和流噪声。装在水下航行体上的动力机械装置引起壳体表面振动是引发水下航行体结构产生结构
第３卷９
第３期
船海Ｔ程
ＳＰ８ＯＣＥＡＮＥＮＧＩＨＩ．ＮＥＥＲＩＮＧ
Ｖｏ．９Ｎｏ３１３．
２１００年６月
Ｊｎ２１ｕ．００
水下航行体振动与声辐射数值实验研究
张森森，杨升山，张猛
（军装备部驻沈阳地区军事代表局，阳１０３）海沈１０１摘要：于有限元、界元法，合有限元计算软件ＡＮＹＳ和声学软件ＳＳ基边结ＳＹＮＯＩＥ对某水下航行体Ｓ，
进行整体建模，对壳表面引发的声辐射噪声进行声乐级预报，点讨论激振力频率、振点纵向位置变化对航重激
行体艏、艉端以及中部声压的影响，结果表明应当采取有效减振降噪措施降低５０Ｈｚ范围以内的机械辐射０
辐射噪声的最主要的原因。以某复杂双壳水下航
１１结构流体耦合作用方程．
不考虑周围的流体作用时，构经有限元离结
散后的运动方程可写成：
Ｍ４ＣＵ－－Ｕ＋ＫＵ＝Ｆ（）１

海洋工程结构的模态分析与优化

海洋工程结构的模态分析与优化引言：海洋工程结构是指建立在海洋环境中，用于开发海上资源、进行海洋科学研究和保护海洋生态环境的各类工程。

由于海洋环境的复杂性和多变性，设计和建造海洋工程结构必须考虑大气、水文、波浪、风力等多种外力的作用。

同时，为了确保结构的安全性和稳定性，进行模态分析和优化是必不可少的。

海洋工程结构的模态分析：模态分析是用数学方法和计算机技术研究结构振动特性的一种方法。

在海洋工程中，模态分析主要用于确定结构的固有频率、振动模态和动力响应等。

首先，通过建立结构的动力学模型，采用有限元方法进行模态分析。

其次，利用数值计算方法求解结构的特征值和特征向量，可以得到结构的固有频率和振型。

最后，根据固有频率和振型，对结构进行辨识和评价，以确定结构的振动特性和动力响应。

模态分析的目的是为了优化结构的设计和改进结构的性能。

通过分析结构的固有频率和振型，可以评估结构的动力响应和稳定性。

同时，模态分析可以提供有关结构破坏和震动控制的重要信息，有助于改善结构的可靠性和安全性。

海洋工程结构的优化：海洋工程结构的优化是指通过改变结构的形状、材料和布局等参数，以达到最佳性能的过程。

在进行结构优化时，需要考虑结构在不同工作条件下的安全性、稳定性和舒适性等方面的要求。

为了实现结构的优化设计，可以采用以下几种方法：1. 基于优化算法的搜索方法：通过建立数学模型和定义优化目标，运用遗传算法、蚁群算法、粒子群算法等优化算法进行搜索优化。

这些算法通过模拟生物进化、群体智能和粒子迭代等机制，实现了全局最优和局部最优的搜索。

2. 基于数值仿真的优化方法：通过建立结构的数值模型和分析软件，采用计算机仿真技术进行优化。

通过改变结构参数和工况条件，分析结构的响应和性能，找到最佳设计方案。

常用的数值仿真软件有ANSYS、ABAQUS等。

3. 基于经验法的优化方法：通过分析类似结构的实际工程案例和经验数据，提出一些优化设计的经验规律和方法。

水下高速航行器壳体振动特性分析

ｈｓｂｅｏｏｄｓｇｉｈｓｅｄｕｄｒｔｒｖｈｃｅＡｎｔｍｕｔｂｈｗｎｔａｈｓｖｈｃｅｉｆｅａｅｎｆｈｔｔｅｉｎａｈｇ — ｐｅｎｅｗａｅｅｉｌ．ｌｄｉｓｅｓｏｈｔｔｉｅｉｌｓｒｅｆｏｆｕｔｒｉｈａｇｆｔｅｄｓｇｅｐｅ．Ｔｈｓｖｂａｉｎａａｙｉｅｕｒｓｔａｌｔｅｉｈｒｎｒｍｌｔｅｎｔｅｒｎｅｏｈｅｉｎｄｓｅｄｉｉｒｔｏｎｌｓｓｒｑｉｅｈｔａｌｈｎｅｅｔ
ＶＯ１３，．５Ｎｏ．１１
ＮＯ２１Ｖ，００
火力与指挥控制
Ｆｒｏｔｏ＆ＣｍｍａｄＣｎｒｌｉＣｎｒｌｅｏｎｏｔｏ
第３５卷第１１期２１００年ｌ１月
文章编号：０２０４（００１ — １９０１０ —６０２１）１００ —４
ＵｎｄｒｔｒＨｉｈ－ｐｅｄＶｅｉｌｅｗａｅｇｓｅｈｃｅ
ＣＨＥＮｅ— ｕ，ＷｉｈａＤＡＮＧｉｎｊｎ，ＵｉｎｚａＪａ —ｕＬＩＪａ —ｈｏ
（ｌｅｅｏｌｎｇｉｅｒｎｒｈｓｅｎＰｏｙｅｈｉａｉｅｓｔＸｉａ１０２Ｃｈｎ）ＣｏｌｇｆＭａｅＥｎｎｅｉｇＮｏｔｗｅｔｒｌｔｃｎｃｌＵｎｖｒｉｉｙ， ’ ｎ７０７，ｉａＡｂｓｒｃＩｅｅａｓ，ｗｉｈｓｐｅ — ａｉａｉｎｔｃｏｌｙｂｅｎｓｄｔｕｔｄｏｔｒｒｓｓａｃｔａｔ：ｎｒｃｎｔｙｅｒｔｕｒｃｖｔｔｏｅｈｎｏｇｉｇｕｅｏｃｗｎｗａｅｅｉｔｎｅ，ｉｔ

水下航行器模态分析

最小网原创教程——AnsysWorkBench11.0水下航行器模态分析AnsysWorkBench11.0水下航行器模态分析最小网站长：kingstudio最小网Ansys 教程频道为您打造最IN 的教程/1介绍模态分析用于确定设计结构或机器部件的振动特性，即结构的固有频率和振型，它们是承受动态载荷结构设计中的重要参数。

同时，也可以作为其他动力学分析问题的起点，例如，瞬态动力学分析、谐响应分析和谱分析，其中模态分析也是进行谱分析或模态叠加法谐响应分析或瞬态动力学分析所必需的前期分析过程。

AnsysWorkBench11.0的模态分析可以对有预应力的结构进行模态分析和循环对称结构模态分析。

前者有旋转的涡轮叶片的模态分，后者则允话建立一部分循环对称结构的模型来完成对整个结构的模态分析。

2工程背景水下航行器受自身发动机工作的影响，外壳会发生振动并激励外场海水介质形成辐射声场。

因此，结构自身的振动特性分析是研究其辐射声场强度分布的基础。

水下航行器水下振动模态，也称水下航行器湿模态民，与空气中水下航行器干模态分析相比，它的分析要复杂得多。

一方面，水下航行器在水下航行时，受到周围水介质的作用，将产生固耦合效应，因此无法进行湿模态的解析求解。

另一方面，水下试验难度大，成本高。

对于全尺寸水下航行器进行振动试验也很难完成。

而利用ANSYS 等有限无软件进行水下航行器湿模态分，既可以高精度的建立结构复杂的水下航行器真实尺寸模型，又可以模拟其水下振动的流固耦合特性，这为水下航行器湿模态分析提供了新的分析途径。

本教程以交互方式详细介绍AnsysWorkBench11.0中水下航行器干模态提取和扩展的方法。

3分析关键AnsysWorkBench11.0中的结构模态分析是线性的，在分析中忽略系统阻尼对其自身振动特性的影响，而且，任何所施加的力载荷在模态分析中都不考虑，对如紧绷的吉他琴弦模态分析一类的预应力模态分析问题，需要先进行结构静力学分析，之后在模态分析初始条件设置中指明结构预应力值来自前期静力分析结果。

Lecture2-2水下航行器建模.ppt [兼容模式]

24
Define
as the angular velocity vector in inertial frame. They are vectors.
r r r & +φ & & +θ ω =ψ
绕Z-轴转yaw角
B
绕Y-轴转pitch角
绕X-轴转roll角
I
xyz
x1 y1 z1
z1 = z
x2 y2 z2
26
The kinematic equation运动学方程
27
动力学 Dynamics
Center of mass 质心
ω
Vc
牛顿定理
Origin of body frame 雷体系的原点质心在地面系中的位置矢量雷体系中的受力
受到的所有外力（地面系）
28
动力学 Dynamics
Kinetics
5
刚体动力学
任意刚体的平面运动（在L0平面内的运动）
刚体的平面运动简化为平面图形S在其自身平面内的运动。
刚体的平面运动可分解为随基点的平移和绕基点的转动。
动参考系 A称为基点定参考系
6
刚体一般运动的运动方程
刚体的运动=基点的平移+绕基点的转动
基点在固定坐标系中的位置
( x, y , z )
′=x x1 & 沿 x1方向 φ
25
& φ 0 0 T & + RT (φ ) RT (θ ) 0 = J (η )η &2 υ2 = 0 + Rx (φ ) θ x y k ,o 2 0 & 0 ψ

洋流影响下的水下滑翔机动力学建模、运动分析与控制器设计研究

洋流影响下的水下滑翔机动力学建模、运动分析与控制器设计研究一、本文概述Overview of this article随着海洋科技的飞速发展，水下滑翔机作为一种新型的海洋探测设备，其在海洋环境监测、海底资源勘探、海洋灾害预警等领域的应用日益广泛。

然而，水下滑翔机在复杂的海洋环境中运行时，受到洋流、海流、潮汐等多种因素的影响，其动力学特性极为复杂。

因此，深入研究洋流影响下的水下滑翔机动力学建模、运动分析以及控制器设计，对于提高水下滑翔机的运行效率、稳定性和安全性具有重要意义。

With the rapid development of marine technology, underwater gliders, as a new type of marine exploration equipment, are increasingly widely used in fields such as marine environmental monitoring, seabed resource exploration, and marine disaster warning. However, when underwater gliders operate in complex marine environments, they are influenced by various factors such as ocean currents, ocean currents, tides,etc., and their dynamic characteristics are extremely complex. Therefore, in-depth research on the dynamics modeling, motion analysis, and controller design of underwater gliding under the influence of ocean currents is of great significance for improving the operational efficiency, stability, and safety of underwater gliders.本文旨在探讨洋流影响下的水下滑翔机动力学建模方法，分析水下滑翔机在洋流作用下的运动特性，研究控制器设计策略以提高水下滑翔机的运动性能和鲁棒性。

水下航行器壳体结构参数对隔振的影响

＝一ｃ（￣）２ｓｉｎａＯｓｉｎｂｎｘ科
＋
：（【＋）：一一Ｃｓｉｎａｎ堕Ｔ “
ｔｆ（１６）
（ａＣ＋Ｂ）－￣－等 …）
图１壳体结构示意图
１．２壳体的变形能和动能水下航行器壳体主要由肋骨和壳板两部分组成，
壳体的最大动能和最小势能均由肋骨和壳板两部分组成【。弹性体的最大应变能表达式为
１波动分析法计算壳体固有频率的原理
由于水下航行器的壳体辐射噪声为其主要辐射噪声之一，因此壳体的刚度和固有频率也成为降低水下航行器壳体辐射噪声的关键。使用波动法研究壳体结构各参数，分析其对壳体的刚度和固有频率的影响。
水下航行器壳体固有频率在理论上通常采用波动法计算。首先建立和分析水下航行器的壳体数学模型（连续系统），然后依据波动方程【２】和胡克定律求出壳
作者简介：郑学贵（１９７７一），男，副教授。研究方向：船舶动力工程及轮机工程。
体的变形能和动能，最后根据瑞利法的原理计算出固
有频率。
１．１波动方程
在建立水下航行器壳体的数学模型时，将壳体的
两端进行简支处理，如图１所示。根据波动方法可知
壳体的位移表达式的边界条件为：在壳体两端，径向
和切向位移为零、弯矩为零，即＝”＝０；＝０（Ｏ工）。
根据边界条件，假设位移为
ｋ：ＡｓｉｎａＯＣＯＳ—ｂｒｏｃｅｊｏｘ —
（１）

航行器水中运动数学模型及数值仿真

航行器水中运动数学模型及数值仿真航行器是指能在水中自由行动的载人或无人的交通工具。

为了确保航行器的安全和高效性，需要建立数学模型来研究其水下运动规律。

本文将基于航行器的设计及流体力学原理，建立一种水中运动数学模型，并进行数值仿真，为航行器的设计和控制提供理论支持。

1、航行器的水下运动特性航行器的水下运动特性与其形状、质量、受力情况密切相关。

一般而言，航行器的形状可简化为长条状或球形。

当航行器在水中运动时，会受到来自水流的阻力和来自操纵力的作用。

此外，自身重心的位置和质量分布也会影响航行器的稳定性。

2、建立航行器水下运动数学模型为了研究航行器在水中的运动规律，可以建立运动学和动力学模型，其中运动学模型描述了航行器的运动状态和位置信息，动力学模型则描述了航行器在水中的受力情况。

在建立运动学模型时，可以通过航行器的运动路径和速度变化来确定其运动状态。

假设航行器在水平方向上是匀速直线运动，在垂直方向上则受到水的浮力和自身重力的作用。

因此，可建立以下运动学方程组：x(t) = x0 + Vty(t) = y0 + (Fg - Fb)/m * t^2/2z(t) = z0 + (Fg - Fb)/m * t^2/2其中，x、y、z分别为航行器的位置坐标，V为航行器的速度，Fg为航行器的重力，Fb为水的浮力，m为航行器的质量。

在建立动力学模型时，则需要考虑航行器所受的各种力的大小和作用方向。

假设航行器在水中沿着x轴运动，受到来自水流的阻力Ff、来自操纵力的推动力Ft和来自水的浮力Fb的作用。

因此，可建立以下动力学方程组：Ff = 1/2 * p * Cd * A * V^2Ft = kf * deltaFb = p * V * g * (Vs/V)其中，p为水的密度，Cd为航行器的阻力系数，A为航行器的横截面积，Vs为航行器所受水的体积，kf为推力系数，delta为操纵量，g为重力加速度，V为航行器速度。

3、数值仿真及分析为了验证建立的航行器水下运动数学模型的准确性，可以进行数值仿真。

水下自主航行器(AUV)建模仿真研究

水下自主航行器（AUV）建模仿真研究【摘要】本文对鱼雷形状的水下自主航行器的六自由度非线性动态模型的研制作了较为详细的介绍。

该动态模型充分考虑了各方面的因素，其中包括静水力学，超重，流体力学，操舵、推进力和力矩等。

此外模型还考虑了航行器动力学和环境的影响。

【关键词】水下自主航行器；建模；仿真研究1.引言水下自主航行体是一种重要的用于水下勘探的机器人，同时也是用于检测的精密仪器。

其应用领域涵盖：科学研究（海洋学、地理学、地球物理学等），环境保护（废弃垃圾处理监控，沼泽湿地监测等），商业（石油与天然气勘查，海底管道铺设，港口监控等）和军事（水雷战，战场情报收集，智能武器等）。

随着其水下应用的不断增多，AUV的开发需求越来越强烈。

但是水下航行体的动力学是一个高度非线性的且各自由度之间是相互耦合的。

本文介绍了水下自动航行体的动力学数学模型。

AUV的仿真和运动方程的解算是系统设计与控制的基础，因此首先需要分析航行体在水下航行时受到的所有外力和力矩。

其次要对各种力和力矩（惯性力，静水力，流体力，超重，推进力以及环境的影响等）的作用效果加以推导计算，最后求出各方程在特定条件下的数值解。

由于动态仿真能在不扩展现有模型的前提下对给定系统的性能离线做出较为准确的评估，因此动态仿真已经成为AUV开发的强大工具。

本软件用MATLAB SIMULINK和C++语言编写而成，并且利用三维图形界面显示实时数据。

2.AUV模型水下航行体一般可认为是具有六自由度的刚体，其平动和转动方程可以依据牛顿定律建立。

其六种不同的运动形式分别定义为：前后，左右，上下，横滚，俯仰，偏航。

要对航行体的物理行为进行分析，首先必须建立合适的坐标系。

为此必须理解世界坐标系和艇体坐标系这两种坐标体系及相互转换关系。

文中的动力学运动方程均建立在艇体坐标系下，如图1所示。

3.AUV运动方程描述AUV运动特征的方程]如下：作用在水下航行体的所有外力和力矩主要划分为以下6类：（1）静水力和力矩；（2）超重惯性力和力矩；（3）流体动力和力矩；（4）操舵力和力矩；（5）推进力和力矩；（6）环境作用力。

水下航行体纵向振动特性分析

ＡｎａｙｉｆＬｏｇｔｉｌＶｉａｉｎＣｈａａｔｒｓｉｓｏｄｅｗａｅｈｉｌｌｓｓｏｎｉｕｄｎａｂｒｔｏｒｃｅｉｔｃｆＵｎｒｔｒＶｅｃｅ
ＡｉｉｎＣｅｉｉｎｇＨａｈｎＺｈ－ａｊ
ｖｈｃｅｗｉｕｅｈｌａｅｉｖｓｉａｅｅｉｌｔｄｏｂｌ— ｕｌｒｎｅｔｇｔｄ．Ｔｈｉｉｅｅｅｅｔｍｅｈｄｉｐｌｅｏｃｌｕｌｔｎｔｒｌｈｅｆｎｔｌｍｎｔｏｓａｐｉｄｔａｃａｅａｕａ
１引言
船体振动不仅会引起结构损伤和设备性能下降，而且会产生噪声辐射，对其舒适性和隐蔽性带来严重的影响。船体总振动以垂向振动最为常
见，但在螺旋桨脉动水动力和轴杆纵向动变形的
方程：
ＣｏｌｇｆＮａａｃｉｅｔｒｎｗｅｌｅｅｏｖｌＡｒｈｔｃｕｅａｄＰｏｒ，Ｎａａｉ．ｆＥｎｉｅｒｎｖｌＵｎｖｏｇｎｅｉｇ，Ｗｕａ３３ｈｎ４００３，Ｃｈｎｉａ
ＡｂｓｒｔＩｈｓｓｕｙ，ｔｅｌｎｉｉａｉｒｔｏｈａａｔｒｓｉｓｏｄｒｔｒｓｍａｉｅ～ｓａｅｔａｃ：ｎｔｉｔｄｈｏｇｔｕｄｎｌｖｂａｉｎｃｒｃｅｉｔｃｆｕｎｅｗａｅｕｂｒｎｈｐｄ
式中，是无阻尼自由振动的固有频率，ａＣ）Ａ＝［，

船舶与海洋工程结构振动分析中的设备实用建模方法

船舶与海洋工程结构振动分析中的设备实用建模方法摘要：随着现代化科学技术的迅猛发展，各行业都步入了一个全新且迅速的发展阶段，尤其是对于海洋领域的探索与征服。

自改革开放以来，我国在船舶的研究和技术的革新等方面都已经有了全面的发展，并经过多年来的努力已经取得了非常大的进步，这对于推动我国海洋技术的发展来说是具有极大意义。

本文将在海洋工程的研究基础上，对设备的合理运行进行了深入性研究，在设备应用建模上进行了相应的探讨。

关键词：船舶和海洋工程；建筑模型；技术创新前言：科技的进步促进了船舶技术的迅速发展，为了能够更好的满足于现代化的发展现状，人们在海洋行业进行了更深入性的探索，进行了进一步的发展与创新。

然而，受外界等各项因素的影响，严重的阻碍了探索的进程。

而随着科学技术的不断发展，人们运用计算机网络系统可以实现人们无法完成的工程。

在海洋探索方面，运用计算机建立建筑模型是新兴的，也是对于进一步探索的重要的关键的一步。

下文中我们将进行进一步的探索。

1目前海洋探索以及船舶技术的模型种类就目前我国海洋探索以及船舶技术的模型种类进行分析，其中有种模型是以建筑为中心，并进行进一步的具体分析，这种模型的特点是把不同的设备进行不同的分配，使得各个物件都可以得到充分的利用，为了更好的呈现出这种模型，人们大多用具体的图表进行演示。

运用这种形式是为了更好地研究相关的货物以及设备的分布情况，从而方便决策者进一步的进行科学的决策。

运用电子计算机网络系统对于相关的设备结构进行模拟，而模拟的方法是通过网络系统构造出的无数条框架结构结合成相一致的设备，这样可以方便进行更好的模拟，此外，通用的技术还有根据不同的形状大小进行分类，探究各种设备如何能够保持均匀有效的分布，合理进行分配，对于宝贵的空间资源进行充分的合理利用，更好地增加工作效率。

除了相关的抽象的模型之外，有些信息还是需要通过具体的数据表现出来的，这种通过具体的数字表现出来的模型的形式也是有多种分类的。

水下航行体垂向弯曲振动声辐射特性

水下航行体垂向弯曲振动声辐射特性
６７
文章编号：０６１５（０２０－０７０１０ —３５２１）５０６ —５
水下航行体垂向弯曲振动声辐射特性
夏齐强，陈志坚，黄进明
（海军工程大学船舶与动力学院，武汉４０３；２中国卫星海上测控部，江苏江阴２４３）１３０３１４１
率和振动响应，研究弯曲振动引起的辐射声场特性；以振动评价基准中的速度限制线作为激励，并讨论航行体弯曲振动声辐射。结果表明：航行体垂向弯曲振动会产生较大的辐射噪声，阶和２１阶振动对总振动引起的辐射噪声贡献较大；降低低频线谱，欲须降低振动响应幅值；在结构振动控制设计中，不仅要从结构振动烈度的角度控制弯曲振动响应幅值，还应考虑结构声学性能，从控制弯曲振动引起的声辐射角度出发，补充提出设计指标。关键词：振动与波；航行体；向弯曲振动；垂声辐射；振动控制中图分类号：６．Ｕ６１４４文献标识码：ＡＤ编码：０３６／ｉｎ１０ —３５２１．５１ＯＩ１．９．ｓ．６１３．２０．５９ｊｓ０００
摘
一
要：向弯曲振动是水下航行体总振动的常见模式，制弯曲振动是水下航行体设计中重要的一环。考虑声垂控
结构耦合，于ＦＭ／Ｅ基ＥＢＭ理论建立航行体弯曲振动声辐射分析的基本方程，计算水下航行体垂向弯曲振动固有频
ｏｔｔｅｃｅａｔｒｓｉｓｏｏｄｒｄａｉｎｉｄｃｄｂｅｔａｅｄｎｉｒｔｎａｄｔｅｃａａｔｒｓｉｓｏｕｄｒｄａｉｎｂｕｈｒｃｅｉｔｆｕｉｔｕｅｙｖｒｃｌｎｉｇｖｂａｉ，ｈｃｓｎａｏｎｉｂｏｎｈｒｃｅｉｔｆｓｎａｔｏｙｈｃｏｉ

水下航行体运动模型建立方法探讨

水下航行体运动模型建立方法探讨发表时间：2019-08-20T08:36:30.497Z 来源：《防护工程》2019年10期作者：朱新星[导读] 建立了水下航行体的一般运动模型，最后利用matlab编写仿真软件，给出仿真结果。

中国船舶重工集团有限公司第七一○研究所湖北宜昌 443003 摘要：本文研究了水下航行体螺旋桨转速与航速之间的关系，根据螺旋桨转速与辐射噪声的大小，推导出它们之间的函数关系。

通过基于FIR滤波器的连续谱生成技术与多普勒频移技术，建立了水下航行体的一般运动模型，最后利用matlab编写仿真软件，给出仿真结果。

关键词：航行体；运动模型；辐射噪声0引言运动目标的辐射噪声是声呐设备和水下智能作战平台被动探测的信息源，备受世界各国海军的关注。

军用水下航行体的辐射噪声一直作为一项关键性指标，研制单位一直作为一项关键技术来进行攻关，不可避免需要通过运动模型来做为技术支撑。

本文在借鉴舰船辐射噪声产生机理，其辐射噪声主要来自于螺旋桨的转动所产生的噪声，为了能更清楚分析航行体的噪声特点，为靶场进行噪声测量提供技术参考和理论依据。

根据水下航行体的航行特点，本文针对航行体航行声学特征，研究和分析基于自噪声通过有限冲激响应数字滤波器法的连续谱生成技术和指数函数类的线谱生成技术，并充分考虑航行体进入运动状态时，速度原因对噪声功率谱的影响，生成水下航行体航行辐射噪声模型。

1速度对线谱幅度的影响舰船的速度是其螺旋桨的转速的函数，螺旋桨的转速又直接影响了目标频谱的线谱分量大小，而速度对背景噪声的影响不大，水下航行体航行时也存在同样关系，所以可以先建立螺旋桨转速与航速之间的关系，再根据螺旋桨转速与辐射噪声的关系，推出航行器航速与辐射噪声大小的函数关系。

1.1螺旋桨转速与航速的推导航行体航速与螺旋桨的转速并非呈现线性关系，根据螺旋桨原理推导一个由螺旋桨转速估算航速函数。

在考虑航行时所经过海区流速流向不变前提下，当航速一定时，螺旋桨产生的推力与航行器的总阻力相等，航行体阻力随速度的平方增加，因此螺旋桨的推力也随航度的平方而变化[2]和推力与航速速的关系如下：通过公式(6)，我们可以得到航行器在任意转速下的航速。

水下航行器辅机电机振动分析及控制对策

水下航行器辅机电机振动分析及控制对策水下航行器是一种特殊的机器人，它可以在水下进行任务和探测。

在水下作业中，水下航行器的电机振动是一个需要重视的问题。

本文结合实际情况，对水下航行器辅机电机振动进行了分析，并提出了相应的控制对策。

一、振动的成因及对设备的影响水下航行器在运行过程中，电机振动的产生有多种原因，包括不平衡质量、磁力不平衡、旋转不平衡、阻尼不足等。

这些因素可能会导致电机振动，从而对设备的正常运行产生不利影响。

首先，振动会对水下航行器的稳定性产生威胁。

水下航行器对于航行的精度要求非常高，而电机的振动可能会导致姿态的变化，从而影响其水平航行的精度。

其次，振动会产生噪音。

水下航行器在水下运行需要保持良好的隐形性，而电机振动产生的噪音会引起海洋生物的注意，从而降低了隐形性。

最后，振动还会对水下航行器的使用寿命产生影响。

电机振动可能导致轴承设备的磨损，并可能促进松动及其他损坏，从而影响设备的正常使用寿命。

二、控制对策对于水下航行器电机振动的控制，我们需要提出相应的对策来应对。

以下是一些可能的控制对策：1. 优化电机设计制造商可以通过设计优化来减少电机振动。

例如，在旋转部件的重力线上增加质量，可以减少旋转不平衡造成的振动。

同时，优化轴承结构，减少磨损和松动等问题。

2. 安装减振措施我们可以安装减振措施来减少振动。

例如，使用弹性垫片或减震器等材料来减少电机振动。

这可以防止振动通过结构传递到整个系统中。

3. 加强控制系统控制系统可以通过通过使用适当的技术和算法来减少振动。

PID控制器和其他反馈控制器可以在电机的控制中使用，以确保电机的转速稳定，并减少振动。

4. 定期维护定期维护对于减少电机振动的重要性不可低估。

设备的故障和磨损会增加电机振动的风险。

定期检查和更换磨损或老化部件可以有效地减少电机振动的发生。

以上策略都是有效减少水下航行器辅机电机振动的实践性措施。

针对实际情况做出相应的选择，最终可以提高水下操纵机器人在水下作业中的稳定性和可靠性。

滑翔式水下航行器的运动建模与分析

滑翔式水下航行器的运动建模与分析杨会涛;石秀华;刘飞飞;周杨【摘要】The underwater gliding vehicle is a kind of new autonomous underwater robot, which is based on the principle of gliding without plugin propulsion system, and relies on the built-in actuators to adjust the center of gravity and net buoyancy to control its motion. By the net buoyancy forced on the lifting wing, it gets a forward power when there is an attack angle. The underwater vehicle moves on forward along the jagged path in the setted depth. This paper analyses the gliding underwater vehicle motion, builds the gliding motion mathematical model, and calculates the relationship between the movement parameters and the variables. It also uses MATLAB/SIMULINK to make the underwater vehicle movement model and runs the simulation.%滑翔式水下航行器是一种基于滑翔原理的无外挂推进系统、仅依靠内置执行机构调整重心位置和净浮力来控制其自身运动状态的新型水下自治机器人.它在净浮力的作用下,利用水平翼在有攻角情况下产生的前进动力,在设定的深度范围内进行锯齿形前进.对滑翔式水下航行器进行运动机理分析,建立滑翔式水下航行器运动数学模型,并对滑翔式水下航行器定常运动状态下的运动参数与可控变量的关系进行仿真,利用MATLAB/SIMULINK建立滑翔式水下航行器模型对其运动进行仿真.【期刊名称】《计算机系统应用》【年(卷),期】2012(021)008【总页数】7页(P63-68,38)【关键词】滑翔式水下航行器;重浮力驱动;运动建模;SIMULINK【作者】杨会涛;石秀华;刘飞飞;周杨【作者单位】西北工业大学航海学院,西安710072;西北工业大学航海学院,西安710072;西北工业大学航海学院,西安710072;西北工业大学航海学院,西安710072【正文语种】中文滑翔式水下航行器是一种通过净浮力（净浮力是滑翔式水下航行器重力与浮力之差）驱动、装有固定翼的新型水下自主航行器。

多矢量推进水下航行器6自由度非线性建模与分析

机械工程学报JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING 第47卷第5期2011年3月Vo l.47 No.5 Mar. 2011DOI ：10.3901/JME.2011.05.093多矢量推进水下航行器6自由度非线性建模与分析*高富东潘存云杨政冯庆涛(国防科学技术大学机电工程与自动化学院长沙 410073)摘要：采用舵和矢量推进器联合进行航向控制的新型水下航行器，实现高、低速下不同航向控制方式的多种运动模式。

根据其结构特点和运动特性，运用欧拉角法建立6自由度运动学模型，针对纵倾角90θ=±°时存在奇异点的问题，采用四元数法进行解决，保证任意姿态下的运动求解。

基于牛顿第二定律和拉格朗日方法建立多矢量推进水下航行器的6自由度非线性动力学模型，两种方法所推导的动力学模型完全一致，验证模型的正确性，并为控制系统的设计奠定基础。

进一步采用四阶五级龙格—库塔积分算法进行动力学方程求解，解决水下航行器耦合非线性空间运动方程运算难和显示难的问题。

通过多矢量推进水下航行器空间运动性能的计算和分析，进一步验证其运动学和动力学模型的有效性，并表明低速航行时采用矢量推进器控制航向和高速航行时采用舵控制航向可以较大地提高水下航行器的机动性能。

关键词：矢量推进器水下航行器四元数法非线性模型中图分类号：TP242.3Nonlinear Mathematics Modeling and Analysis of the Vectored ThrusterAutonomous Underwater Vehicle in 6-DOF MotionsGAO Fudong PAN Cunyun YANG Zheng FENG Qingtao(College of Mechatronics and Automation, National University of Defense Technology, Changsha 410073)Abstract ：The new type of autonomous underwater vehicle (AUV) is equipped with rudders and vectored thrusters, which arecombined to control the directions to realize multi-motion modes in different control modes at high speed and low speed respectively. Euler angle representation is used to establish 6-DOF kinematic model according to the structural and kinetic characteristics. In order to achieve the satisfactory performance with arbitrary angles, the quaternion method is used to solve the problem of existence of singularities when the pitch angles are 90±°. Then nonlinear dynamic equations with 6-DOF of the vehicle are deduced based on the Newton second law and Lagrangian approach respectively. The dynamic models of the two methods are the same, which shows that the dynamic model of the vehicle is accurate and it lays a foundation for the control system design. Moreover, the Runge-Kutta algorithm is used to solve the dynamic equations, which clears up the difficulties of the computation and the display of coupled nonlinear motion equations. The kinematic model and dynamic model are proved to be valid through the computation and analysis of the spatial movement’s capability, which shows that the maneuverability of the vehicle equipped with rudders and vectored thrusters is greatly enhanced.Key words ：Vectored thruster Autonomous underwater vehicle Quaternion method Nonlinear model0 前言水下航行器作为增强现代海军战斗力的关键装备，经常需要完成高精度的水下作业和攻击任务，* 国家高技术研究发展计划(863计划，2006AA09Z235)和湖南省研究生科研创新(B090303)资助项目。