RU2707017C1 - Method for determination of damping hydrodynamic characteristics of underwater vehicle - Google Patents

Method for determination of damping hydrodynamic characteristics of underwater vehicle Download PDF

Info

Publication number
RU2707017C1
RU2707017C1 RU2019105360A RU2019105360A RU2707017C1 RU 2707017 C1 RU2707017 C1 RU 2707017C1 RU 2019105360 A RU2019105360 A RU 2019105360A RU 2019105360 A RU2019105360 A RU 2019105360A RU 2707017 C1 RU2707017 C1 RU 2707017C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
underwater vehicle
oscillations
dimensional model
angle
moment
Prior art date
Application number
RU2019105360A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Львович Сухоруков
Борис Анатольевич Лускин
Original Assignee
Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро морской техники "Рубин"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро морской техники "Рубин" filed Critical Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро морской техники "Рубин"
Priority to RU2019105360A priority Critical patent/RU2707017C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2707017C1 publication Critical patent/RU2707017C1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B71/00—Designing vessels; Predicting their performance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H25/00—Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

FIELD: underwater vehicles; control systems.
SUBSTANCE: invention relates to control of self-contained underwater vehicles and can be used for prediction of trajectories of underwater vehicles performing complex maneuvering. A three-dimensional model of the underwater vehicle is created, around which distribution of flow velocity and pressure fields is determined. Model oscillations are successively set on the trajectory by trim, heading and roll angles. Vertical angle oscillations are set by application of excess buoyancy force varying according to harmonic law, and phase shift between fluctuations of excessive buoyancy force and model oscillations by trim angle is determined. Oscillations along heading angle are set by application of horizontal force varying according to harmonic law, and phase shift is determined between oscillations of horizontal force and oscillations of model by heading angle. Oscillations on the roll angle are set by application of the moment varying according to the harmonic law, the moment is applied in the plane of the mid-frame frame of the model. Phase shift between moment oscillations and model oscillations by roll angle is determined. Damping hydrodynamic characteristics are determined.
EFFECT: higher accuracy and safety of underwater vehicle control during complex maneuvering.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к управлению судами, в частности, автономными подводными аппаратами. Предназначено для определения параметров устойчивости и управляемости подводного аппарата и может быть использовано для прогнозирования траекторий подводных транспортных средств, выполняющих сложное маневрирование.The invention relates to the management of ships, in particular, autonomous underwater vehicles. Designed to determine the stability and controllability parameters of the underwater vehicle and can be used to predict the trajectories of underwater vehicles performing complex maneuvers.

Известен способ определения демпфирующих составляющих нормальной гидродинамической силы и гидродинамического момента, основанный на раздельном расчетном определении этих характеристик на голый корпус подводного аппарата и оперение с последующим суммированием этих характеристик (см. Пантов Е.Н., Махин Н.Н., Шереметов Б.Б. Основы теории движения подводных аппаратов / Е.Н. Пантов. - Л.: Судостроение, 1973. - стр. 75-82).A known method for determining the damping components of normal hydrodynamic force and hydrodynamic moment, based on a separate calculation of the definition of these characteristics on the bare body of the underwater vehicle and plumage, followed by a summation of these characteristics (see Pantov E.N., Makhin N.N., Sheremetov B.B. Fundamentals of the theory of motion of underwater vehicles / E.N. Pantov. - L .: Shipbuilding, 1973. - pp. 75-82).

Недостатком этого способа является лишь приближенный учет формы корпуса подводного аппарата, что приводит к погрешностям, снижает безопасность управления подводным аппаратом при выполнении им сложного маневрирования, а также снижает точность управления подводным аппаратом.The disadvantage of this method is only an approximate accounting of the shape of the hull of the underwater vehicle, which leads to errors, reduces the safety of controlling the underwater vehicle when performing complex maneuvering, and also reduces the accuracy of control of the underwater vehicle.

Известны также экспериментальные способы определения демпфирующих гидродинамических характеристик подводного аппарата, основанные на испытании на ротативной установке, испытании искривленных моделей, а также определении этих характеристик методом малых колебаний (см. Федяевский К.К., Соболев Г.В. Управляемость корабля / К.К. Федяевский. - Л.: Судпромгиз, 1963. - стр. 111-127).There are also known experimental methods for determining the damping hydrodynamic characteristics of an underwater vehicle, based on testing on a rotary installation, testing curved models, as well as determining these characteristics by the method of small vibrations (see Fedyaevsky K.K., Sobolev G.V. Ship controllability / K.K. Fedyaevsky. - L .: Sudpromgiz, 1963. - pp. 111-127).

Недостатком этих способов является наличие погрешностей из-за масштабного эффекта, что снижает безопасность управления подводным аппаратом при выполнении им сложного маневрирования, а также снижает точность управления подводным аппаратом.The disadvantage of these methods is the presence of errors due to the large-scale effect, which reduces the safety of controlling the underwater vehicle when performing complex maneuvering, and also reduces the accuracy of control of the underwater vehicle.

Известен также «Способ определения демпфирующих составляющих нормальной гидродинамической силы и момента» (пат. RU №2507110, опубл. 20.02.2014, МПК: В63Н 25/00) - взятый за прототип, включающий определение текущего значения абсциссы центра вращения, угловой скорости объекта, демпфирующих составляющих гидродинамической силы и ее момента с использованием датчиков линейных ускорений, расположенных в диаметральной плоскости объекта. С помощью датчиков замеряют значения поперечных линейных ускорений, затем определяют значения поперечных составляющих линейных скоростей, рассчитывают текущее значение центра вращения объекта и определяют демпфирующие составляющие нормальной гидродинамической силы и момента.Also known is the "Method for determining the damping components of normal hydrodynamic force and moment" (US Pat. RU No. 2507110, publ. 02.20.2014, IPC: V63H 25/00) - taken as a prototype, including determining the current value of the abscissa of the center of rotation, the angular velocity of the object, damping components of the hydrodynamic force and its moment using linear acceleration sensors located in the diametrical plane of the object. Using sensors measure the values of the transverse linear accelerations, then determine the values of the transverse components of the linear velocities, calculate the current value of the center of rotation of the object and determine the damping components of the normal hydrodynamic force and moment.

Недостатком изобретения является осуществление постоянного контроля расчетного положения центра вращения объекта, а также необходимость выполнения фактического маневрирования объекта, что снижает безопасность управления подводным аппаратом при выполнении им сложного маневрирования, а также снижает точность управления подводным аппаратом.The disadvantage of the invention is the continuous monitoring of the estimated position of the center of rotation of the object, as well as the need to perform the actual maneuvering of the object, which reduces the safety of controlling the underwater vehicle when performing complex maneuvering, and also reduces the accuracy of control of the underwater vehicle.

Задачей изобретения является повышение безопасности управления подводным аппаратом при выполнении им сложного маневрирования, а также повышение точности управления подводным аппаратом.The objective of the invention is to increase the safety of controlling the underwater vehicle when performing complex maneuvering, as well as improving the accuracy of control of the underwater vehicle.

Технический результат изобретения заключается в повышении безопасности управления подводным аппаратом при выполнении им сложного маневрирования за счет повышения точности прогнозирования его движения по заданной траектории с использованием компьютерного моделирования на базе рассчитываемых демпфирующих гидродинамических характеристик подводного аппарата, что снижает погрешность в определении диаметра циркуляции подводного аппарата при маневрировании, тем самым, уменьшается вероятность навигационных аварий.The technical result of the invention is to increase the safety of controlling the underwater vehicle when performing complex maneuvering by improving the accuracy of predicting its movement along a given path using computer simulation based on calculated damping hydrodynamic characteristics of the underwater vehicle, which reduces the error in determining the diameter of the circulation of the underwater vehicle during maneuvering, thereby, the probability of navigational accidents is reduced.

Точность управления подводным аппаратом увеличивается за счет учета нестационарных гидродинамических воздействий, возникающих при равноускоренных или равнозамедленных угловых колебаниях подводного аппарата в потоке, которые не могут быть определены при движении подводного аппарата по траектории с постоянным диаметром циркуляции.The control accuracy of the underwater vehicle is increased by taking into account unsteady hydrodynamic influences arising from uniformly accelerated or equally slow angular vibrations of the underwater vehicle in the stream, which cannot be determined when the underwater vehicle moves along a trajectory with a constant circulation diameter.

Поставленная задача достигается тем, что предлагаемый способ определения демпфирующих гидродинамических характеристик подводного аппарата, включает определение абсциссы центра вращения подводного аппарата, его угловой скорости, демпфирующих гидродинамических характеристик. Сначала создают трехмерную модель подводного аппарата, вокруг трехмерной модели подводного аппарата определяют распределение полей скоростей и давлений потока. При этом последовательно задают колебания трехмерной модели подводного аппарата на траектории по углам дифферента ψ, курса ϕ и крена θ. Колебания по углу дифферента ψ трехмерной модели подводного аппарата задают за счет приложения силы избыточной плавучести изменяющейся по гармоническому закону. Определяют сдвиг фаз ϕp между колебаниями силы избыточной плавучести и колебаниями трехмерной модели подводного аппарата по углу дифферента. Колебания по углу курса ϕ трехмерной модели подводного аппарата задают за счет приложения горизонтальной силы изменяющейся по гармоническому закону. Определяют сдвиг фаз ϕF между колебаниями горизонтальной силы и колебаниями трехмерной модели подводного аппарата по углу курса. Колебания по углу крена θ трехмерной модели подводного аппарата задают за счет приложения момента изменяющегося по гармоническому закону. При этом момент прикладывают в плоскости мидель-шпангоута трехмерной модели подводного аппарата. Определяют сдвиг фаз ϕM между колебаниями момента и колебаниями трехмерной модели подводного аппарата по углу крена.The problem is achieved in that the proposed method for determining the damping hydrodynamic characteristics of an underwater vehicle includes determining the abscissas of the center of rotation of the underwater vehicle, its angular velocity, and damping hydrodynamic characteristics. First create a three-dimensional model of the underwater vehicle, around the three-dimensional model of the underwater vehicle determine the distribution of the velocity fields and flow pressures. In this case, the oscillations of the three-dimensional model of the underwater vehicle on the trajectory along the trim angles ψ, course ϕ and roll θ are sequentially set. Fluctuations in the trim angle ψ of the three-dimensional model of the underwater vehicle are set due to the application of the force of excessive buoyancy changing according to the harmonic law. The phase shift ϕ p between the fluctuations of the force of excessive buoyancy and the oscillations of the three-dimensional model of the underwater vehicle by the angle of the trim is determined. Fluctuations in the course angle ϕ of the three-dimensional model of the underwater vehicle are set by applying a horizontal force that varies in harmonic law. The phase shift ϕ F between the oscillations of the horizontal force and the oscillations of the three-dimensional model of the underwater vehicle along the course angle is determined. Fluctuations in the angle of heel θ of the three-dimensional model of the underwater vehicle are set by applying a moment that varies according to harmonic law. In this case, the moment is applied in the plane of the mid-frame of the three-dimensional model of the underwater vehicle. The phase shift ϕ M between the fluctuations of the moment and the oscillations of the three-dimensional model of the underwater vehicle along the angle of heel is determined.

Затем определяют демпфирующие гидродинамические характеристики трехмерной модели подводного аппарата по формулам:Then determine the damping hydrodynamic characteristics of the three-dimensional model of the underwater vehicle according to the formulas:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

здесь Р0 - амплитудное значение силы избыточной плавучести;here P 0 is the amplitude value of the force of excessive buoyancy;

φ0 - амплитудное значение угла дифферента;φ 0 is the amplitude value of the trim angle;

ω - частота колебаний;ω is the oscillation frequency;

ϕp - сдвиг фаз между колебаниями силы избыточной плавучести и колебаниями трехмерной модели подводного аппарата по углу дифферента;ϕ p - phase shift between fluctuations in the force of excessive buoyancy and fluctuations of the three-dimensional model of the underwater vehicle in the angle of the trim;

F0 - амплитудное значение горизонтальной силы;F 0 - the amplitude value of the horizontal force;

ϕ0 - амплитудное значение угла курса;ϕ 0 is the amplitude value of the course angle;

ϕF - сдвиг фаз между колебаниями горизонтальной силы и колебаниями трехмерной модели подводного аппарата по углу курса;ϕ F is the phase shift between the fluctuations of the horizontal force and the oscillations of the three-dimensional model of the underwater vehicle along the course angle;

М0 - амплитудное значение момента;M 0 - the amplitude value of the moment;

θ0 - амплитудное значение угла крена;θ 0 is the amplitude value of the angle of heel;

ϕM - сдвиг фаз между колебаниями момента и колебаниями трехмерной модели подводного аппарата по углу крена;ϕ M is the phase shift between the oscillations of the moment and the oscillations of the three-dimensional model of the underwater vehicle along the angle of heel;

Figure 00000004
- коэффициенты вращательных производных гидродинамических сил и моментов относительно оси OZ1;
Figure 00000004
- coefficients of rotational derivatives of hydrodynamic forces and moments relative to the axis OZ1;

Figure 00000005
- коэффициенты вращательных производных гидродинамических сил и моментов относительно оси OY1;
Figure 00000005
- coefficients of rotational derivatives of hydrodynamic forces and moments relative to the axis OY1;

Figure 00000006
- коэффициент вращательной производной гидродинамического момента относительно оси ОХ1.
Figure 00000006
is the coefficient of the rotational derivative of the hydrodynamic moment relative to the axis OX1.

Демпфирующие гидродинамические характеристики трехмерной модели подводного аппарата равны демпфирующим гидродинамическим характеристикам подводного аппарата. Полученные демпфирующие гидродинамические характеристики подводного аппарата используют при выполнении сложного маневра подводным аппаратом.The damping hydrodynamic characteristics of the three-dimensional model of the underwater vehicle are equal to the damping hydrodynamic characteristics of the underwater vehicle. The obtained damping hydrodynamic characteristics of the underwater vehicle are used when performing complex maneuvers by the underwater vehicle.

Существенность отличий предлагаемого способа от прототипа определяется следующим. Последовательное выполнение операций, направленных на приложение силы избыточной плавучести, горизонтальной силы и момента, действующего в плоскости мидель-шпангоута, позволяет задавать колебательное движение трехмерной модели подводного аппарата в потоке и, тем самым:The significance of the differences of the proposed method from the prototype is determined by the following. The sequential execution of operations aimed at applying the force of excessive buoyancy, horizontal force and moment acting in the plane of the mid-frame allows you to set the oscillatory motion of the three-dimensional model of the underwater vehicle in the stream and, thus:

- повысить точность прогнозирования движения подводного аппарата по заданной траектории с использованием компьютерного моделирования на базе рассчитываемых демпфирующих гидродинамических характеристик подводного аппарата,- to improve the accuracy of predicting the movement of the underwater vehicle along a given trajectory using computer simulation based on the calculated damping hydrodynamic characteristics of the underwater vehicle,

- снизить погрешность в определении диаметра циркуляции подводного аппарата при маневрировании.- reduce the error in determining the diameter of the circulation of the underwater vehicle during maneuvering.

Таким образом, совокупность указанных существенных признаков позволяет обеспечить достижение нового технического результата, а именно:Thus, the combination of these essential features allows you to achieve a new technical result, namely:

- повысить безопасность управления подводным аппаратом при выполнении им сложного маневрирования;- increase the safety of control of the underwater vehicle when performing complex maneuvering;

- повысить точность управления подводным аппаратом.- improve the accuracy of control of the underwater vehicle.

Сущность способа определения демпфирующих гидродинамических характеристик подводного аппарата поясняется чертежами, гдеThe essence of the method for determining the damping hydrodynamic characteristics of an underwater vehicle is illustrated by drawings, where

на фиг. 1 - схема, отражающая задание колебаний трехмерной модели подводного аппарата на траектории по углу дифферента;in FIG. 1 is a diagram showing a task of oscillations of a three-dimensional model of an underwater vehicle on a path along the trim angle;

на фиг. 2 - схема, отражающая задание колебаний трехмерной модели подводного аппарата на траектории по углу курса;in FIG. 2 is a diagram showing a task of oscillations of a three-dimensional model of an underwater vehicle on a trajectory along the course angle;

на фиг. 3 - схема, отражающая задание колебаний трехмерной модели подводного аппарата на траектории по углу крена.in FIG. 3 is a diagram showing a task of oscillations of a three-dimensional model of an underwater vehicle on a path along a roll angle.

Реализация способа происходит следующим образом. Определяют абсциссу центра вращения подводного аппарата, его угловую скорость. Создают трехмерную модель подводного аппарата 1. Около трехмерной модели подводного аппарата 1 определяют распределение полей скоростей и давлений потока. Вводят систему координат, связанную с трехмерной моделью подводного аппарата с началом в центре масс трехмерной модели подводного аппарата (точка О). Ось ОХ1 направлена в нос трехмерной модели подводного аппарата, OY1 - вверх, OZ1 - на правый борт. При этом последовательно задают колебания трехмерной модели подводного аппарата на траектории 2 по углам дифферента ψ (колебания относительно оси OZ1), курса ϕ (колебания относительно оси OY1), крена θ (колебания относительно оси ОХ1). Колебания по углу дифферента ψ трехмерной модели подводного аппарата задают за счет приложения силы избыточной плавучести Р=P0sinωt изменяющейся по гармоническому закону. При этом силу избыточной плавучести прикладывают на расстоянии хр от центра масс трехмерной модели подводного аппарата. Определяют сдвиг фаз ϕp между колебаниями силы избыточной плавучести и колебаниями трехмерной модели подводного аппарата по углу дифферента φ=φ0sin(ωt+ϕp). Колебания по углу курса ϕ трехмерной модели подводного аппарата задают за счет приложения горизонтальной силы F=F0sinωt изменяющейся по гармоническому закону. При этом горизонтальную силу прикладывают на расстоянии хр от центра масс трехмерной модели подводного аппарата. Определяют сдвиг фаз ϕF между колебаниями горизонтальной силы и колебаниями трехмерной модели подводного аппарата по углу курса ϕ=ϕ0sin(ωt+ϕF). Колебания по углу крена θ трехмерной модели подводного аппарата задают за счет приложения момента М=M0sinωt изменяющегося по гармоническому закону. При этом момент прикладывают в плоскости мидель-шпангоута трехмерной модели подводного аппарата. Определяют сдвиг фаз ϕM между колебаниями момента и колебаниями трехмерной модели подводного аппарата по углу крена θ=θ0sin(ωt+ϕM).The implementation of the method is as follows. The abscissa of the center of rotation of the underwater vehicle and its angular velocity are determined. Create a three-dimensional model of the underwater vehicle 1. About the three-dimensional model of the underwater vehicle 1 determine the distribution of velocity fields and flow pressures. The coordinate system associated with the three-dimensional model of the underwater vehicle with the beginning in the center of mass of the three-dimensional model of the underwater vehicle (point O) is introduced. Axis OX1 is directed into the nose of the three-dimensional model of the underwater vehicle, OY1 is up, OZ1 is on the starboard side. In this case, the oscillations of the three-dimensional model of the underwater vehicle on trajectory 2 are successively set along the trim angles ψ (oscillations about the OZ1 axis), course ϕ (oscillations about the OY1 axis), roll θ (oscillations about the ОХ1 axis). Fluctuations in the angle of trim ψ of the three-dimensional model of the underwater vehicle are set due to the application of the force of excessive buoyancy P = P 0 sinωt, which varies according to the harmonic law. In this case, the force of excessive buoyancy is applied at a distance x p from the center of mass of the three-dimensional model of the underwater vehicle. The phase shift ϕ p between the fluctuations of the force of excessive buoyancy and the fluctuations of the three-dimensional model of the underwater vehicle by the trim angle φ = φ 0 sin (ωt + ϕ p ) is determined. Fluctuations in the heading angle ϕ of the three-dimensional model of the underwater vehicle are set due to the application of the horizontal force F = F 0 sinωt changing according to the harmonic law. In this case, a horizontal force is applied at a distance x p from the center of mass of the three-dimensional model of the underwater vehicle. The phase shift ϕ F between the oscillations of the horizontal force and the oscillations of the three-dimensional model of the underwater vehicle is determined from the course angle ϕ = ϕ 0 sin (ωt + ϕ F ). Fluctuations in the angle of heel θ of the three-dimensional model of the underwater vehicle are set due to the application of the moment M = M 0 sinωt changing according to the harmonic law. In this case, the moment is applied in the plane of the mid-frame of the three-dimensional model of the underwater vehicle. The phase shift ϕ M between the fluctuations of the moment and the oscillations of the three-dimensional model of the underwater vehicle is determined from the angle of heel θ = θ 0 sin (ωt + ϕ M ).

Затем определяют демпфирующие гидродинамические характеристики трехмерной модели подводного аппарата по формулам:Then determine the damping hydrodynamic characteristics of the three-dimensional model of the underwater vehicle according to the formulas:

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

здесь Р0 - амплитудное значение силы избыточной плавучести;here P 0 is the amplitude value of the force of excessive buoyancy;

φ0 - амплитудное значение угла дифферента;φ 0 is the amplitude value of the trim angle;

ω - частота колебаний;ω is the oscillation frequency;

ϕp - сдвиг фаз между колебаниями силы избыточной плавучести и колебаниями трехмерной модели подводного аппарата по углу дифферента;ϕ p - phase shift between fluctuations in the force of excessive buoyancy and fluctuations of the three-dimensional model of the underwater vehicle in the angle of the trim;

F0 - амплитудное значение горизонтальной силы;F 0 - the amplitude value of the horizontal force;

ϕ0 - амплитудное значение угла курса;ϕ 0 is the amplitude value of the course angle;

ϕF - сдвиг фаз между колебаниями горизонтальной силы и колебаниями трехмерной модели подводного аппарата по углу курса;ϕ F is the phase shift between the fluctuations of the horizontal force and the oscillations of the three-dimensional model of the underwater vehicle along the course angle;

М0 - амплитудное значение момента;M 0 - the amplitude value of the moment;

θ0 - амплитудное значение угла крена;θ 0 is the amplitude value of the angle of heel;

ϕM - сдвиг фаз между колебаниями момента и колебаниями трехмерной модели подводного аппарата по углу крена;ϕ M is the phase shift between the oscillations of the moment and the oscillations of the three-dimensional model of the underwater vehicle along the angle of heel;

Figure 00000010
- коэффициенты вращательных производных гидродинамических сил и моментов относительно оси OZ1;
Figure 00000010
- coefficients of rotational derivatives of hydrodynamic forces and moments relative to the axis OZ1;

Figure 00000011
- коэффициенты вращательных производных гидродинамических сил и моментов относительно оси OY1;
Figure 00000011
- coefficients of rotational derivatives of hydrodynamic forces and moments relative to the axis OY1;

Figure 00000012
- коэффициент вращательной производной гидродинамического момента относительно оси OX1.
Figure 00000012
is the coefficient of the rotational derivative of the hydrodynamic moment relative to the axis OX1.

Демпфирующие гидродинамические характеристики трехмерной модели подводного аппарата равны демпфирующим гидродинамическим характеристикам подводного аппарата. Полученные демпфирующие гидродинамические характеристики подводного аппарата, используют при компьютерном моделировании для прогнозирования движения подводного аппарата в условиях сложного маневрирования.The damping hydrodynamic characteristics of the three-dimensional model of the underwater vehicle are equal to the damping hydrodynamic characteristics of the underwater vehicle. The obtained damping hydrodynamic characteristics of the underwater vehicle are used in computer simulation to predict the movement of the underwater vehicle under conditions of complex maneuvering.

Заявителем были проведены исследования рассматриваемого технического решения «Способ определения демпфирующих гидродинамических характеристик подводного аппарата», направленные на повышение безопасности управления подводным аппаратом, где в качестве объекта моделирования выбран подводный аппарат, обладающий определенными гидродинамическими характеристиками.The applicant conducted research on the technical solution under consideration “Method for determining the damping hydrodynamic characteristics of an underwater vehicle”, aimed at improving the safety of controlling an underwater vehicle, where an underwater vehicle having certain hydrodynamic characteristics was selected as a simulation object.

Анализ полученных данных показал, что снижается погрешность в определении диаметра циркуляции подводного аппарата при маневрировании, тем самым, уменьшается вероятность навигационных аварий.An analysis of the data obtained showed that the error in determining the diameter of the circulation of the underwater vehicle during maneuvering is reduced, thereby reducing the likelihood of navigation accidents.

Точность управления подводным аппаратом увеличивается за счет учета нестационарных гидродинамических воздействий, возникающих при равноускоренных или равнозамедленных угловых колебаниях подводного аппарата в потоке, которые не могут быть определены при движении подводного аппарата по траектории с постоянным диаметром циркуляции.The control accuracy of the underwater vehicle is increased by taking into account unsteady hydrodynamic influences arising from uniformly accelerated or equally slow angular vibrations of the underwater vehicle in the stream, which cannot be determined when the underwater vehicle moves along a trajectory with a constant circulation diameter.

Таким образом, технический результат изобретения заключается в повышении безопасности управления подводным аппаратом при выполнении им сложного маневрирования, а также в повышении точности управления подводным аппаратом.Thus, the technical result of the invention is to increase the safety of control of the underwater vehicle when performing complex maneuvering, as well as to increase the accuracy of control of the underwater vehicle.

Claims (17)

Способ определения демпфирующих гидродинамических характеристик подводного аппарата, включающий определение абсциссы центра вращения, угловой скорости, демпфирующих гидродинамических характеристик, отличающийся тем, что сначала создают трехмерную модель подводного аппарата, вокруг которой определяют распределение полей скоростей и давлений потока, при этом последовательно задают колебания трехмерной модели подводного аппарата на траектории по углам дифферента ψ, курса ϕ и крена θ, колебания по углу дифферента ψ трехмерной модели подводного аппарата задают за счет приложения силы избыточной плавучести, изменяющейся по гармоническому закону, определяют сдвиг фаз ϕp между колебаниями силы избыточной плавучести и колебаниями трехмерной модели подводного аппарата по углу дифферента, колебания по углу курса ϕ трехмерной модели подводного аппарата задают за счет приложения горизонтальной силы, изменяющейся по гармоническому закону, определяют сдвиг фаз ϕF между колебаниями горизонтальной силы и колебаниями трехмерной модели подводного аппарата по углу курса, колебания по углу крена θ трехмерной модели подводного аппарата задают за счет приложения момента, изменяющегося по гармоническому закону, при этом момент прикладывают в плоскости мидель-шпангоута трехмерной модели подводного аппарата, определяют сдвиг фаз ϕM между колебаниями момента и колебаниями трехмерной модели подводного аппарата по углу крена, затем определяют демпфирующие гидродинамические характеристики трехмерной модели подводного аппарата по формуламA method for determining the damping hydrodynamic characteristics of an underwater vehicle, including determining the abscissa of the center of rotation, angular velocity, damping hydrodynamic characteristics, characterized in that they first create a three-dimensional model of the underwater vehicle around which the distribution of velocity and pressure fields of the flow is determined, and oscillations of the three-dimensional model of the underwater apparatus on the trajectory along the trim angles ψ, course ϕ and roll θ, oscillations along the trim angle ψ of the three-dimensional model odvodnogo apparatus set by the application of force excessive buoyancy varying harmonically determine the phase shift φ p between the oscillations of power excess buoyancy and fluctuations in the three-dimensional model of the underwater vehicle on the corner trim, fluctuations in the angle of the course cp three-dimensional underwater vehicle model set at the expense of horizontal force application , which varies according to the harmonic law, determine the phase shift ϕ F between the fluctuations of the horizontal force and the oscillations of the three-dimensional model of the underwater vehicle in the course angle, the angle of roll θ of the three-dimensional model of the underwater vehicle is set by applying a moment that varies in harmonic law, while the moment is applied in the mid-plane of the three-dimensional model of the underwater vehicle, the phase shift ϕ M between the moment fluctuations and the three-dimensional model of the underwater vehicle is determined by the angle roll, then determine the damping hydrodynamic characteristics of the three-dimensional model of the underwater vehicle according to the formulas
Figure 00000013
Figure 00000013
Figure 00000014
Figure 00000014
Figure 00000015
Figure 00000015
 здесь P0 - амплитудное значение силы избыточной плавучести;here P 0 is the amplitude value of the force of excessive buoyancy; φ0 - амплитудное значение угла дифферента;φ 0 is the amplitude value of the trim angle; ω - частота колебаний;ω is the oscillation frequency; ϕp - сдвиг фаз между колебаниями силы избыточной плавучести и колебаниями трехмерной модели подводного аппарата по углу дифферента;ϕ p - phase shift between fluctuations in the force of excessive buoyancy and fluctuations of the three-dimensional model of the underwater vehicle in the angle of the trim; F0 - амплитудное значение горизонтальной силы;F 0 - the amplitude value of the horizontal force; ϕ0 - амплитудное значение угла курса;ϕ 0 is the amplitude value of the course angle; ϕF - сдвиг фаз между колебаниями горизонтальной силы и колебаниями трехмерной модели подводного аппарата по углу курса;ϕ F is the phase shift between the fluctuations of the horizontal force and the oscillations of the three-dimensional model of the underwater vehicle along the course angle; М0 - амплитудное значение момента;M 0 - the amplitude value of the moment; θ0 - амплитудное значение угла крена;θ 0 is the amplitude value of the angle of heel; ϕM - сдвиг фаз между колебаниями момента и колебаниями трехмерной модели подводного аппарата по углу крена;ϕ M is the phase shift between the oscillations of the moment and the oscillations of the three-dimensional model of the underwater vehicle along the angle of heel;
Figure 00000016
- коэффициенты вращательных производных гидродинамических сил и моментов относительно оси OZ1;
Figure 00000016
- coefficients of rotational derivatives of hydrodynamic forces and moments relative to the axis OZ1;
Figure 00000017
- коэффициенты вращательных производных гидродинамических сил и моментов относительно оси OY1;
Figure 00000017
- coefficients of rotational derivatives of hydrodynamic forces and moments relative to the axis OY1;
Figure 00000018
- коэффициент вращательной производной гидродинамического момента относительно оси ОХ1, демпфирующие гидродинамические характеристики трехмерной модели подводного аппарата равны демпфирующим гидродинамическим характеристикам подводного аппарата, полученные демпфирующие гидродинамические характеристики подводного аппарата используют при выполнении сложного маневра подводным аппаратом.
Figure 00000018
- the coefficient of the rotational derivative of the hydrodynamic moment relative to the axis ОX1, the damping hydrodynamic characteristics of the three-dimensional model of the underwater vehicle are equal to the damping hydrodynamic characteristics of the underwater vehicle, the obtained damping hydrodynamic characteristics of the underwater vehicle are used when performing complex maneuvers by the underwater vehicle.
RU2019105360A 2019-02-26 2019-02-26 Method for determination of damping hydrodynamic characteristics of underwater vehicle RU2707017C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019105360A RU2707017C1 (en) 2019-02-26 2019-02-26 Method for determination of damping hydrodynamic characteristics of underwater vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019105360A RU2707017C1 (en) 2019-02-26 2019-02-26 Method for determination of damping hydrodynamic characteristics of underwater vehicle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2707017C1 true RU2707017C1 (en) 2019-11-21

Family

ID=68653142

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019105360A RU2707017C1 (en) 2019-02-26 2019-02-26 Method for determination of damping hydrodynamic characteristics of underwater vehicle

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2707017C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2735195C1 (en) * 2020-01-27 2020-10-28 Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро морской техники "Рубин" Method of determining underwater object positioning hydrodynamic characteristics

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101707016A (en) * 2009-11-16 2010-05-12 大连海事大学 Method for establishing ship 6 degree of freedom (DOF) motion mathematical model for marine simulator
RU2507110C2 (en) * 2012-04-27 2014-02-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУВПО "МГТУ") Method of determination of damping component of normal hydrodynamic force and moment
CN107472456A (en) * 2016-06-08 2017-12-15 流体技术株式会社 Stereolithography System and information processor
RU2648524C1 (en) * 2016-10-06 2018-03-26 Иван Андреевич Глухов Method for building a three-dimensional surface casing surface model

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101707016A (en) * 2009-11-16 2010-05-12 大连海事大学 Method for establishing ship 6 degree of freedom (DOF) motion mathematical model for marine simulator
RU2507110C2 (en) * 2012-04-27 2014-02-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУВПО "МГТУ") Method of determination of damping component of normal hydrodynamic force and moment
CN107472456A (en) * 2016-06-08 2017-12-15 流体技术株式会社 Stereolithography System and information processor
RU2648524C1 (en) * 2016-10-06 2018-03-26 Иван Андреевич Глухов Method for building a three-dimensional surface casing surface model

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2735195C1 (en) * 2020-01-27 2020-10-28 Акционерное общество "Центральное конструкторское бюро морской техники "Рубин" Method of determining underwater object positioning hydrodynamic characteristics

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2690305C1 (en) Method for determining dampening hydrodynamic characteristics of a ship
US9195234B2 (en) Dynamic positioning systems and methods
CN105785999B (en) Unmanned boat course motion control method
EP2669177B1 (en) Control method for anti-roll stabilization of watercraft, and corresponding stabilization system and computer program product
RU2442718C1 (en) Determination method for dynamic parameters of marine movement mathematical model
JP2005306188A (en) Waveform predicting method of arrival ocean wave, and operation control method of sailing body in ocean wave
Allotta et al. Design and simulation of an autonomous underwater vehicle
RU2707017C1 (en) Method for determination of damping hydrodynamic characteristics of underwater vehicle
Zhang et al. Nonlinear observer design for stabilization of gliding robotic fish
MacLin et al. Modeling, simulation and maneuvering control of a generic submarine
RU2731817C1 (en) Method for determination of damping hydrodynamic characteristics of underwater object
CN103557863B (en) The damping method of underwater hiding-machine
RU2493048C1 (en) Method of defining ship mathematical model hydrodynamic parameters
CN110456786A (en) UUV sea-floor relief tracking system and tracking based on Extraction of Topographic Patterns
RU2507110C2 (en) Method of determination of damping component of normal hydrodynamic force and moment
Huang et al. A practical path tracking method for autonomous underwater gilders using iterative algorithm
RU2501064C2 (en) Method of controlling ship trajectory
RU2746552C1 (en) Method of considering effect of operating water-jet propulsor on position hydrodynamic characteristics of underwater object
RU2746472C1 (en) Method for determining ship hydrodynamic positioning characteristics
RU2735195C1 (en) Method of determining underwater object positioning hydrodynamic characteristics
Kepler Jr Dynamics of a small autonomous underwater vehicle that tows a large payload
RU2746488C1 (en) Method of determining underwater object positioning hydrodynamic characteristics
Pelevin Prediction of ship deck inclination angle
Moe et al. Path following of underactuated marine underwater vehicles in the presence of unknown ocean currents
RU2784549C1 (en) Method for determining the positional hydrodynamic characteristics of an underwater object