基于电磁力滤波的潜载定向能随动系统振动控制

发布时间：2022-01-26 03:04

　　潜航器在潜行时,由于来流和艇体的相互作用,潜航器及其所搭载的光电跟瞄系统会受到外界流场的扰动,使其产生不同频率和幅度的振动。通过壁面电磁流体边界层控制来抑制光电跟瞄系统的流致噪声,估计目标处能量累积控制效果。基于有限体积方法,分析雷诺数1×10⁷条件下同时具有6°偏航角和10°俯仰角的潜航器在有无流向电磁力控制时的流体动力学特征;对复合轴控制过程中直流力矩电机和快速反射镜两个执行机构进行建模并推演了系统的传递函数;大地坐标系下的潜航器力矩扰动通过坐标变换的方式转化到光轴坐标系下,将其作为扰动输入给复合轴控制系统,进一步用MATLAB仿真估计电磁力优化滤波方式对复合轴输出误差的补偿与控制效果。结果显示,电磁流体控制能改变艇体壁面的流场结构,抑制高频扰动涡,且能有效地增强目标区域内光斑的能量累积密度。 

【文章来源】：兵工学报. 2020,41(11)北大核心EICSCD

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

潜航器与跟踪瞄准系统原理图

图2为本文所探讨问题的流程图。由图2可以看出本文主要分四部分内容:流场仿真、扰动解算以及粗通道/精通道快速反射镜补偿控制。1)流场仿真。本文主要探索了雷诺数在1×107条件下，6°偏航角和10°俯仰角的潜航器在施加和未施加电磁力条件下，艇体周围湍流脉动、压力矩变化对潜载光电桅杆跟踪精度的影响。之所以选择6°偏航角和10°俯仰角是由于潜航器运动和转向过程主要是这两个角度产生变化的，两个角度的不同是为了突出不同的方位和俯仰角各自对控制效果的影响，同时选择的攻角值较小也是为了避免大攻角所引起的计算不易收敛的问题。

图3为仿真用的潜航器模型及尺寸图。该模型由半圆形的头部(半径为0.06l)、圆柱形的艇体(圆柱长为0.69l)、椭圆柱型指挥塔(圆柱高为0.06l、长轴半径为0.045l、短轴半径为0.02l)以及类圆锥形尾部(长为0.25l)，其中l为潜航器长度也是特征长度。如图3指挥塔周围均匀排布的条带是电磁激活板的电极和磁极，用于激励电磁力，调控指挥塔周围的流场。计算区域大小为4l×2l×2l，入口来流沿x轴正方向，潜航器前缘点在右手坐标系的原点处，其位于口面下游0.5l处。x轴指向下游，y轴指向右舷，z轴垂直向上(无攻角)。计算区域的入口和出口分别定义为速度入口边界条件和压力出口边界条件，其余4个侧面分别定义为压力边界条件，压力为常数，法向速度为0 m/s．另外，将潜航器壁面均定义为无滑移边界条件。

【参考文献】：
期刊论文
[1]潜载随动系统的扰动特征与复合轴补偿机理研究[J]. 刘宗凯,陆金磊,薄煜明,王军,汤兆烈.  兵工学报. 2019(04)
[2]艇后大侧斜螺旋桨负载噪声数值分析（英文）[J]. 张明宇,林瑞霖,王永生,付建,魏应三.  船舶力学. 2016(09)
[3]潜艇指挥台围壳对阻力和伴流场影响数值研究[J]. 吴方良,吴晓光,马运义,张志国,何汉保.  海洋工程. 2009(03)



本文编号：3609684