矢量推进方式下的自主式水下航行器纵向运动操纵性分析
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环、 固定底 座 以 及 伺 服机 构 四部 分 组 成 。结 构 原
理 见 图 １ 。
液 浮轴 承 连 接 环
运 动物 体 的推进 系 统 除 了提 供 前 进 推 力 外 ， 能 还 同时或 单独 地在 航 行体 的俯 仰 、 航 、 滚 和反 推 偏 横 力等方 向上提 供 推 进 力 和力 矩 ， 以部 分 或 全 部 用
两 种推 进方 式 ｌ 。 目前对 于 喷水 推进 的水 下 航行 １ ］ 器 的操 纵 ， 多 是 以 鳍 舵 构 成 的操 纵 面 来 进 行 。 仍
１ ２ 结合 推 力矢量 技 术 的喷水 式推 进 系统 ．
通过改 变 喷水 推进 器 的高速 射 流来改 变推 力
的方 向 。这 种 方法 集 中 了喷水式 推进 器 和推力 矢 量 技术 的优 点 ， 够 满 足 未 来新 型水 下 航 行 器 对 能 低噪声、 高效 率 、 高操 纵 性 、 高机 动 性 等 方 面 的要 求 。已采用 的 形 式 主要 为矢 量 舵 形 式 ， 表 面 舵 将 移 植 到喷水 推 进 器 的后 方 ， 过 改 变舵 角从 而 达 通
第 ４ Ｏ卷
第 ２期
船 海 工 程
Ｓ Ｉ ＆ ｏＣＥＡＮ ＮＧＩ Ｈ Ｐ Ｅ ＮＥＥ ＮＧ ＲＩ
Ｖｏ． Ｎｏ １ ４０ ．２ Ａ Ｄ ． ２０１ ｒ １
２１年 Ｏ ０１ ４月
矢 量 推 进 方 式 下 的 自主 式 水 下 航 行 器 纵 向运 动 操 纵 性 分 析
陈路 伟 ， 朝 晖 周
及 均 大于 普通 推进 方式 ， 明矢 量 推 进方 式 的 说 机 动性要 优 于普 通推 进方 式 。 ３ ）水 下航 行 器 的稳 定 性 和机 动 性 是相 互 矛
盾 的 ， 定性 好 的航 行器 ， 稳 一般 机 动性就 较 差 。矢
量推 进方 式 下 的水 下 航行 器在 获得 良好 的机 动性
表 １ 操 纵 性 指数 对 比
操 纵 性 指 数 Ｇｒ
Ｋ
丁ｒ
Ｌ
普 通 推 进 方 式 ０ ５ ８ —２ １ ０ ６ ９０ — ８４ ．６ ．５ ．９ ．４ ．４
矢 量 推 进 方 式 ０ ５ ８ —６ ３ ２ １ １． ６ — １． ２ ．６ ．８ ．８ ５８ ８ ２
卜
航 行器 体 坐标 系与 地 面 坐标 系 间 的
坐标转换 矩 阵 。
２ ）放大倍 数 Ｋ 时 间常数 。 、
Ｋ 大 ， 越 回转性越 好 ； 越小 ， 定性 越好 。 稳 ３ ）频 率特性 Ｌ 、 。
这种六 自由度 的空 间运动方程是非线 性 、 强耦
合 的 ， 析任务 非 常艰 巨。因此 ， 须 对空 间运 动 分 必
（ 军工程 大学 船舶 与动力学 院， 汉 ４０３） 海 武 ３ ０ ３ 摘 要 ： 出一 种 针对 无 人 自主 式 水 下 航 行 器 的 新 型 操 纵 方 式 — — 矢 量 推 进 方 式 ； 立 矢 量 推 进 方 式 下 提 建
无 人 自主式 水 下 航 行 器 纵 向运 动 方 程 。对 矢 量 推 进 方 式 和 普 通 推 进 方 式 下 的 水 下 航 行 器 的 操 纵 性 进 行 对 比 性 的操 纵 性 仿 真 计 算 ， 算 结 果 表 明 ， 量 推 进 方 式 可 以 满 足 水 下 航 行 器 的操 纵 性要 求 。 计 矢
ａ—
—
—
—
横 向旋转 角速度 ；
—
。 —
转动惯 量 ； 的距 离 。
Ｌ —— 可 动喷管 摆 动 中心 到 体 坐标 系 原 点
地 面坐 标系 中的航 行器重 心坐 标 ； 航 行器 运动 动量 ； Ｈ—— 航行 器动 量矩 ；
— —
３ 纵 向 运 动 操 纵 性 的检 验
到改 变喷射 水 流 的方 向 。这 种方 案本 身仍 为鳍 舵 操 纵方 式 ， 不但 有较 大 的推 力损 失 ， 而且其 空 泡性 及 噪声 等 问题 仍无 法得 到较 好 的解决 。
参考 目前 矢量 推进 技术 在航 空 航天 领域 的实
以其纵 向运动 为例 推 导 出其 纵 向运 动 方 程 ， 检 并
—
—
２ ）正 弦输 人条 件 下俯 仰 角 ∞（） 的频 率 特性
］ ０ ２
矢 量推进方式下 的 自主式 水下航行器纵 向运 动操 纵性分析—— 陈路伟 ， 周朝晖
曲线 。频 率特 性 曲线 ， 图 ６ ７ 见 、。
［∞ 一 ／一 １ ． （ ｊ ＿ １。
两种 推 ∞ 一 式Ｊ∞ 的操纵 性指 数对 比见表 １ 。 ［ 进方 ／ｖ １． ． （
Ｅ ｍａｌｃ ｎ ９ ５ ６ ２ １ ３ ｃ ｒ － ｉ：ｅ １ ８ ０ ０ ＠ ６ ． ｏ ｎ
第 ２期
船
海
工
程
第４ Ｏ卷
腔充满 了密封液 。它 负责 将可 动喷 管 与 固定 底 座
Ｓ —航 行体 最大横 截面积 —
～ —
连接起来 ， 在伺 服机构 的带 动 下 ， 许可 动 喷管偏 允
的前 提下 ， 须付 出一定 的稳 定性 的代 价 。 必
ｓ
图 ４ 俯 仰 角 ｅ ｔ响 应 曲线 【）
普 通推 进方 式 的 Ｔ 值 大 ， 明矢 量推 进方 式虽 然 ｒ 说
是 稳定 的 ， 但稳 定性 较普 通推 进 方式 稍差 。
２ ）操 纵性 指数 越 大 （ 对 值 ） 航 行 器 的机 动 绝 ，
ｔｓ ｆ
图 ３ 冲 角 （） 应 曲线 ｔ响
性 越好 。 量 推 进 方 式 的 Ｋ （ 对 值 ） Ｌ 矢 值 绝 、 值
验 其稳 定性 和机 动 性是 否满 足航 行器 要 求 。
１ 矢 量 推 进 方 式 的 结 构 形 式
推 力矢 量技 术 又称 推 力 转 向技 术 ， 指 空 间 是
际应 用情 况 ， 拟采 用 整 体 可 偏 转 喷 管式 矢 量 推 进 技 术 。整体 可 偏 转 式 喷 管 主要 由可 动 喷 管 、 封 密
ｄ ＋ Ｈ
．
（Ｘ ｑ Ｖｏ Ｇ： Ｍ ｃ Ｈ － × Ｊ
（） １
∞ — —
的旋转 导数 ； 航 行体质 心 Ｘ 坐标 ； 附加质量 因数 ；
攻角；
ｄ Ｃ
Ｔ
＝ Ｅ
—
—
式 中： Ｆ——航 行 器 所 受 外 力 ，包 括重 力 、 浮力 、
位 置力 、 阻尼 力和 推力 ； Ｍ一 航行 器所受力矩 ， 括 由航行 器所 受 包 外力产 生的横滚 、 仰和偏航 力矩 以 俯 及矢 量喷管产生 的侧 向控制力矩 ；
离 中心轴线 一定 角度 ， 造成 推力 偏 斜 ， 生侧 向控 产 制力 ， 从而改变 水下 航行器 的运 动方 向。
以航行体 最大 横 截面 积 为特 征 面积
的阻力 因数 ； 航 行体 升力 因数 对 攻 角 ａ的位 置 导
数；
—
—
２ 水 下航 行 器 运动 学及 动 力 学模 型
取 代舵 面 产生 的动 力来 进行 控 制 。即推 进 器推 力
矢 量化 。
动 分 部
目前 推力矢 量 技术 应用 于水 下航 行 器 主要 有 两种 方案 。 １ １ 螺旋 桨 推进 系统 矢量 化 ． 通 过 改变 整个 推进 系统 的方 向来 改变 推力 的
嘴
方 向 。其 缺点 在于 驱动 装置 大 、 结构 复 杂 、 定 性 稳
不 高等 ， 得这 种方 案 可行 性不 高 。 使
收 稿 日期 ： ０ ００ — ９ ２ １ — ４０ 修 回 日期 ：０ ００ ６ ２ １ — ５０
图 １ 可 动 喷 管 结 构 示 意
固定底 座安装在航 行器尾部 ， 与喷水推 进装 置 相 连接 。密 封环 则将 可 动 喷管 与 固定底 座 连 接起
（ 十 ６ 白～ （ ６） ＋ ６ 、ｑ ｍ￣ ＶＴ ２） － － Ｇ ∞一
訾＋ ｌＳｃ＋ ／） 吉 Ｌ№ （ ］ ０ ［
式中： 卜
— —
推 力
可动 喷管偏 角
海水 密 度 ； 航速 ；
过渡过程 ， 以此来 衡 量 系 统 的品 质好 坏 。阶跃 条
件 下 的过 渡 曲线见 图 ２ 。 ～４
３ １ 评价标 准 ．
航行 器体 坐标 系 中的航行 器角 速度 ；
—
１ ）稳 定裕度 Ｇｒ 。 Ｇｒ １ 静稳定 ， ＞ ， 动稳定 ；
—
航 行器 体坐标 系 中航行 器重 心的速 度；
Ｏ Ｇ ＜ ｌ 静不稳 定 ， ＜ Ｔ ， 动稳定 ；
Ｇｒ ０ 静 不稳定 ， ＜ ， 动不稳 定 。
方程进行 简化 。主要 分析 加装 可 动喷 管后 水下 航
Ｌ 越 小 ， 统越稳 定 ， 越小 ， 系 系统 应舵性 能
越好。
行器 的纵 向运动的操纵性 。依 据文献 ［］ 出的方 ３给
法， 将空问运动方 程 （） １ 简化为纵 向运 动方 程 ：
３ ２ 仿 真计 算结果 ．
以上 推力矢 量水 下航行 器数学 模型是 建立在 具 有鱼雷 或潜艇 外 形 的水 下 航 行 器 的基 础 之上 。
关 键 词 ： 人 自主 水 下 航 行 器 ； 量 推 进 技 术 ； 纵 性 分 析 无 矢 操
中图分类号 ： ７．６ Ｕ６ ４ ７ 文 献 标 志码 ： Ａ 文章 编 号 ：６ １７ ５ （０ １ ０ —１ ９０ １７ —９ ３ ２ １ ） ２０ １ —４
水 下无 人航 行 器主 要有 螺旋 桨 和泵 喷水 推进
当航行 器低 速航 行 时 ， 以鳍 舵 构 成 的 操 纵 面控 制
效 率会 严重 降低 ， 至失 效 。并 且其 操 纵 机 构 反 甚 映时 间较长 ， 动 性 不 高 。针对 喷水 推进 水 下 航 机
行 器 的特 点 ， 用一 种新 的操 纵 方 法—— 可 动 喷 采
管式矢 量 推进 操 纵 。对 这种 操 纵 方 式 进 行 分 析 ，
为分 析矢 量推进 与普通 推进 两种方 式对水下 航行 器 的影响 ， 利用文 献 ［］ ４ 中某 ３ ４口径 热动力 鱼雷 ２ 动参数 函数 过渡 曲线 图及 评价指 数计算 结果 。 １ ）阶跃 操 舵 条 件 下 的运 动 参 数 的过 渡 函数 曲线 。阶跃作 用对 系统 而言是较 为严格 的工作条
３ ３ 结 果 分 析 ．
１ ）Ｇｒ 和
值 是 衡 量 航 行 器 是 否 稳 定 的 标
准 ， 值 越小 ， 定性 越 好 。两 种 推进 方 式 的 Ｇ Ｇｒ 稳 ｒ
相 等且 小 于 １ 说 明矢 量 推 进 形 式 下 的水 下 航 行 ，
器 是稳定 的 。矢 量 推 进方 式 的过 渡 时 问 Ｔ 值 比
根 据 刚体 动 力 学 的 动量 和 动 量 矩 定理 嘲 ， 其
运 动学 及动力 学方程 用矢 量形 式 可表示如 下 。
ｄ ＋ ×Ｇ — Ｆ Ｕ
～
—
航行 体升 力 因数对 角 速度 的旋 转
导数 ；
—
—
航行 体 的偏航力 矩 因 数对 攻 角 口的
位 置导数 ；
—
—
航行 体 的偏 航 力 矩 因数 对 角 速度
件 ， 常在此 条件 下研究运 动参数 的过 渡函数 ， 通 即
Ｔｏ １ ｃｓ ＋吉［ ｓ （）一０ ８ １ ０］ ０
（ 正 ＋ ６ ４ 聊 （－ （ｎ ２） － ． ０ ｒ ＋ ２ ａ ２） 一
＋ ｌｓ （／）（ 的参数 数据 ， Ｍａｌｂ中进行 操纵性 仿真得 到运 丢瞻［ 。 ＋ ］２ ） 在 ｔ ａ
来， 不但起 到连接 固定 部分 和可动部分 以使 喷管摆
动， 还起 着 密 封 的作 用 。该 喷管 结 构 原 理 相 对 简 单， 关键 部件是作 为密封 环 的浮液 轴 承 。它是 一个 定容 的人造 皮囊 ， 由加强 的增 强 织 物 制成 ， 皮囊 内
】 １ ９
作 者 简 介 ： 路 伟 （９ ５） 男 ， 士 生 。 陈 １８ ， 硕 研究方 向 ： 船机械与 Ｃ 舰 ＡＤ／ ＡＭ 与 仿 真 Ｃ
理 见 图 １ 。
液 浮轴 承 连 接 环
运 动物 体 的推进 系 统 除 了提 供 前 进 推 力 外 ， 能 还 同时或 单独 地在 航 行体 的俯 仰 、 航 、 滚 和反 推 偏 横 力等方 向上提 供 推 进 力 和力 矩 ， 以部 分 或 全 部 用
两 种推 进方 式 ｌ 。 目前对 于 喷水 推进 的水 下 航行 １ ］ 器 的操 纵 ， 多 是 以 鳍 舵 构 成 的操 纵 面 来 进 行 。 仍
１ ２ 结合 推 力矢量 技 术 的喷水 式推 进 系统 ．
通过改 变 喷水 推进 器 的高速 射 流来改 变推 力
的方 向 。这 种 方法 集 中 了喷水式 推进 器 和推力 矢 量 技术 的优 点 ， 够 满 足 未 来新 型水 下 航 行 器 对 能 低噪声、 高效 率 、 高操 纵 性 、 高机 动 性 等 方 面 的要 求 。已采用 的 形 式 主要 为矢 量 舵 形 式 ， 表 面 舵 将 移 植 到喷水 推 进 器 的后 方 ， 过 改 变舵 角从 而 达 通
第 ４ Ｏ卷
第 ２期
船 海 工 程
Ｓ Ｉ ＆ ｏＣＥＡＮ ＮＧＩ Ｈ Ｐ Ｅ ＮＥＥ ＮＧ ＲＩ
Ｖｏ． Ｎｏ １ ４０ ．２ Ａ Ｄ ． ２０１ ｒ １
２１年 Ｏ ０１ ４月
矢 量 推 进 方 式 下 的 自主 式 水 下 航 行 器 纵 向运 动 操 纵 性 分 析
陈路 伟 ， 朝 晖 周
及 均 大于 普通 推进 方式 ， 明矢 量 推 进方 式 的 说 机 动性要 优 于普 通推 进方 式 。 ３ ）水 下航 行 器 的稳 定 性 和机 动 性 是相 互 矛
盾 的 ， 定性 好 的航 行器 ， 稳 一般 机 动性就 较 差 。矢
量推 进方 式 下 的水 下 航行 器在 获得 良好 的机 动性
表 １ 操 纵 性 指数 对 比
操 纵 性 指 数 Ｇｒ
Ｋ
丁ｒ
Ｌ
普 通 推 进 方 式 ０ ５ ８ —２ １ ０ ６ ９０ — ８４ ．６ ．５ ．９ ．４ ．４
矢 量 推 进 方 式 ０ ５ ８ —６ ３ ２ １ １． ６ — １． ２ ．６ ．８ ．８ ５８ ８ ２
卜
航 行器 体 坐标 系与 地 面 坐标 系 间 的
坐标转换 矩 阵 。
２ ）放大倍 数 Ｋ 时 间常数 。 、
Ｋ 大 ， 越 回转性越 好 ； 越小 ， 定性 越好 。 稳 ３ ）频 率特性 Ｌ 、 。
这种六 自由度 的空 间运动方程是非线 性 、 强耦
合 的 ， 析任务 非 常艰 巨。因此 ， 须 对空 间运 动 分 必
（ 军工程 大学 船舶 与动力学 院， 汉 ４０３） 海 武 ３ ０ ３ 摘 要 ： 出一 种 针对 无 人 自主 式 水 下 航 行 器 的 新 型 操 纵 方 式 — — 矢 量 推 进 方 式 ； 立 矢 量 推 进 方 式 下 提 建
无 人 自主式 水 下 航 行 器 纵 向运 动 方 程 。对 矢 量 推 进 方 式 和 普 通 推 进 方 式 下 的 水 下 航 行 器 的 操 纵 性 进 行 对 比 性 的操 纵 性 仿 真 计 算 ， 算 结 果 表 明 ， 量 推 进 方 式 可 以 满 足 水 下 航 行 器 的操 纵 性要 求 。 计 矢
ａ—
—
—
—
横 向旋转 角速度 ；
—
。 —
转动惯 量 ； 的距 离 。
Ｌ —— 可 动喷管 摆 动 中心 到 体 坐标 系 原 点
地 面坐 标系 中的航 行器重 心坐 标 ； 航 行器 运动 动量 ； Ｈ—— 航行 器动 量矩 ；
— —
３ 纵 向 运 动 操 纵 性 的检 验
到改 变喷射 水 流 的方 向 。这 种方 案本 身仍 为鳍 舵 操 纵方 式 ， 不但 有较 大 的推 力损 失 ， 而且其 空 泡性 及 噪声 等 问题 仍无 法得 到较 好 的解决 。
参考 目前 矢量 推进 技术 在航 空 航天 领域 的实
以其纵 向运动 为例 推 导 出其 纵 向运 动 方 程 ， 检 并
—
—
２ ）正 弦输 人条 件 下俯 仰 角 ∞（） 的频 率 特性
］ ０ ２
矢 量推进方式下 的 自主式 水下航行器纵 向运 动操 纵性分析—— 陈路伟 ， 周朝晖
曲线 。频 率特 性 曲线 ， 图 ６ ７ 见 、。
［∞ 一 ／一 １ ． （ ｊ ＿ １。
两种 推 ∞ 一 式Ｊ∞ 的操纵 性指 数对 比见表 １ 。 ［ 进方 ／ｖ １． ． （
Ｅ ｍａｌｃ ｎ ９ ５ ６ ２ １ ３ ｃ ｒ － ｉ：ｅ １ ８ ０ ０ ＠ ６ ． ｏ ｎ
第 ２期
船
海
工
程
第４ Ｏ卷
腔充满 了密封液 。它 负责 将可 动喷 管 与 固定 底 座
Ｓ —航 行体 最大横 截面积 —
～ —
连接起来 ， 在伺 服机构 的带 动 下 ， 许可 动 喷管偏 允
的前 提下 ， 须付 出一定 的稳 定性 的代 价 。 必
ｓ
图 ４ 俯 仰 角 ｅ ｔ响 应 曲线 【）
普 通推 进方 式 的 Ｔ 值 大 ， 明矢 量推 进方 式虽 然 ｒ 说
是 稳定 的 ， 但稳 定性 较普 通推 进 方式 稍差 。
２ ）操 纵性 指数 越 大 （ 对 值 ） 航 行 器 的机 动 绝 ，
ｔｓ ｆ
图 ３ 冲 角 （） 应 曲线 ｔ响
性 越好 。 量 推 进 方 式 的 Ｋ （ 对 值 ） Ｌ 矢 值 绝 、 值
验 其稳 定性 和机 动 性是 否满 足航 行器 要 求 。
１ 矢 量 推 进 方 式 的 结 构 形 式
推 力矢 量技 术 又称 推 力 转 向技 术 ， 指 空 间 是
际应 用情 况 ， 拟采 用 整 体 可 偏 转 喷 管式 矢 量 推 进 技 术 。整体 可 偏 转 式 喷 管 主要 由可 动 喷 管 、 封 密
ｄ ＋ Ｈ
．
（Ｘ ｑ Ｖｏ Ｇ： Ｍ ｃ Ｈ － × Ｊ
（） １
∞ — —
的旋转 导数 ； 航 行体质 心 Ｘ 坐标 ； 附加质量 因数 ；
攻角；
ｄ Ｃ
Ｔ
＝ Ｅ
—
—
式 中： Ｆ——航 行 器 所 受 外 力 ，包 括重 力 、 浮力 、
位 置力 、 阻尼 力和 推力 ； Ｍ一 航行 器所受力矩 ， 括 由航行 器所 受 包 外力产 生的横滚 、 仰和偏航 力矩 以 俯 及矢 量喷管产生 的侧 向控制力矩 ；
离 中心轴线 一定 角度 ， 造成 推力 偏 斜 ， 生侧 向控 产 制力 ， 从而改变 水下 航行器 的运 动方 向。
以航行体 最大 横 截面 积 为特 征 面积
的阻力 因数 ； 航 行体 升力 因数 对 攻 角 ａ的位 置 导
数；
—
—
２ 水 下航 行 器 运动 学及 动 力 学模 型
取 代舵 面 产生 的动 力来 进行 控 制 。即推 进 器推 力
矢 量化 。
动 分 部
目前 推力矢 量 技术 应用 于水 下航 行 器 主要 有 两种 方案 。 １ １ 螺旋 桨 推进 系统 矢量 化 ． 通 过 改变 整个 推进 系统 的方 向来 改变 推力 的
嘴
方 向 。其 缺点 在于 驱动 装置 大 、 结构 复 杂 、 定 性 稳
不 高等 ， 得这 种方 案 可行 性不 高 。 使
收 稿 日期 ： ０ ００ — ９ ２ １ — ４０ 修 回 日期 ：０ ００ ６ ２ １ — ５０
图 １ 可 动 喷 管 结 构 示 意
固定底 座安装在航 行器尾部 ， 与喷水推 进装 置 相 连接 。密 封环 则将 可 动 喷管 与 固定底 座 连 接起
（ 十 ６ 白～ （ ６） ＋ ６ 、ｑ ｍ￣ ＶＴ ２） － － Ｇ ∞一
訾＋ ｌＳｃ＋ ／） 吉 Ｌ№ （ ］ ０ ［
式中： 卜
— —
推 力
可动 喷管偏 角
海水 密 度 ； 航速 ；
过渡过程 ， 以此来 衡 量 系 统 的品 质好 坏 。阶跃 条
件 下 的过 渡 曲线见 图 ２ 。 ～４
３ １ 评价标 准 ．
航行 器体 坐标 系 中的航行 器角 速度 ；
—
１ ）稳 定裕度 Ｇｒ 。 Ｇｒ １ 静稳定 ， ＞ ， 动稳定 ；
—
航 行器 体坐标 系 中航行 器重 心的速 度；
Ｏ Ｇ ＜ ｌ 静不稳 定 ， ＜ Ｔ ， 动稳定 ；
Ｇｒ ０ 静 不稳定 ， ＜ ， 动不稳 定 。
方程进行 简化 。主要 分析 加装 可 动喷 管后 水下 航
Ｌ 越 小 ， 统越稳 定 ， 越小 ， 系 系统 应舵性 能
越好。
行器 的纵 向运动的操纵性 。依 据文献 ［］ 出的方 ３给
法， 将空问运动方 程 （） １ 简化为纵 向运 动方 程 ：
３ ２ 仿 真计 算结果 ．
以上 推力矢 量水 下航行 器数学 模型是 建立在 具 有鱼雷 或潜艇 外 形 的水 下 航 行 器 的基 础 之上 。
关 键 词 ： 人 自主 水 下 航 行 器 ； 量 推 进 技 术 ； 纵 性 分 析 无 矢 操
中图分类号 ： ７．６ Ｕ６ ４ ７ 文 献 标 志码 ： Ａ 文章 编 号 ：６ １７ ５ （０ １ ０ —１ ９０ １７ —９ ３ ２ １ ） ２０ １ —４
水 下无 人航 行 器主 要有 螺旋 桨 和泵 喷水 推进
当航行 器低 速航 行 时 ， 以鳍 舵 构 成 的 操 纵 面控 制
效 率会 严重 降低 ， 至失 效 。并 且其 操 纵 机 构 反 甚 映时 间较长 ， 动 性 不 高 。针对 喷水 推进 水 下 航 机
行 器 的特 点 ， 用一 种新 的操 纵 方 法—— 可 动 喷 采
管式矢 量 推进 操 纵 。对 这种 操 纵 方 式 进 行 分 析 ，
为分 析矢 量推进 与普通 推进 两种方 式对水下 航行 器 的影响 ， 利用文 献 ［］ ４ 中某 ３ ４口径 热动力 鱼雷 ２ 动参数 函数 过渡 曲线 图及 评价指 数计算 结果 。 １ ）阶跃 操 舵 条 件 下 的运 动 参 数 的过 渡 函数 曲线 。阶跃作 用对 系统 而言是较 为严格 的工作条
３ ３ 结 果 分 析 ．
１ ）Ｇｒ 和
值 是 衡 量 航 行 器 是 否 稳 定 的 标
准 ， 值 越小 ， 定性 越 好 。两 种 推进 方 式 的 Ｇ Ｇｒ 稳 ｒ
相 等且 小 于 １ 说 明矢 量 推 进 形 式 下 的水 下 航 行 ，
器 是稳定 的 。矢 量 推 进方 式 的过 渡 时 问 Ｔ 值 比
根 据 刚体 动 力 学 的 动量 和 动 量 矩 定理 嘲 ， 其
运 动学 及动力 学方程 用矢 量形 式 可表示如 下 。
ｄ ＋ ×Ｇ — Ｆ Ｕ
～
—
航行 体升 力 因数对 角 速度 的旋 转
导数 ；
—
—
航行 体 的偏航力 矩 因 数对 攻 角 口的
位 置导数 ；
—
—
航行 体 的偏 航 力 矩 因数 对 角 速度
件 ， 常在此 条件 下研究运 动参数 的过 渡函数 ， 通 即
Ｔｏ １ ｃｓ ＋吉［ ｓ （）一０ ８ １ ０］ ０
（ 正 ＋ ６ ４ 聊 （－ （ｎ ２） － ． ０ ｒ ＋ ２ ａ ２） 一
＋ ｌｓ （／）（ 的参数 数据 ， Ｍａｌｂ中进行 操纵性 仿真得 到运 丢瞻［ 。 ＋ ］２ ） 在 ｔ ａ
来， 不但起 到连接 固定 部分 和可动部分 以使 喷管摆
动， 还起 着 密 封 的作 用 。该 喷管 结 构 原 理 相 对 简 单， 关键 部件是作 为密封 环 的浮液 轴 承 。它是 一个 定容 的人造 皮囊 ， 由加强 的增 强 织 物 制成 ， 皮囊 内
】 １ ９
作 者 简 介 ： 路 伟 （９ ５） 男 ， 士 生 。 陈 １８ ， 硕 研究方 向 ： 船机械与 Ｃ 舰 ＡＤ／ ＡＭ 与 仿 真 Ｃ