超空泡航行体动力学特性分析的分段线性方法
【专利摘要】一种超空泡航行体动力学特性分析的分段线性方法，其包括步骤1：建立超空泡航行体动力学模型；步骤2：对超空泡航行体动力学模型中非线性滑行力函数进行分段线性拟合，获得线性滑行力函数；步骤3：设定超空泡动力学模型参数；步骤4：采用分段线性滑行力Fp函数的超空泡动力学模型获得超空泡航行体的唯一平衡点，并在在平衡点处将系统线性化处理，得到系统的雅可比矩阵，以及平衡点处特征方程，获得系统的特征值，判定系统的平衡点为不稳定鞍焦。本发明的方法采用滑行力函数的分段线性化简化了超空泡航行体的动力学模型，使得模型的平衡点位置和稳定性条件具有简洁的解析表达式，更加方便的分析超空泡航行体的动力学特性。
【专利说明】超空泡航行体动力学特性分析的分段线性方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超空泡航行体动力学特性分析的分段线性方法，具体而言，尤其涉及一种水下超空泡航行体的动力学特性分析的分段线性方法。
【背景技术】
[0002]当前，水下航行体技术在世界范围内得到了广泛关注。其中，备受瞩目的是水下超空泡航行体技术。
[0003]具体而言，所谓“超空泡航行体”是指，当航行体在水下高速航行时，由于伯努利效应，使得航行体周围的液体汽化，从而产生覆盖航行体大部分表面的超空泡，通过超空泡使航行体与水产生隔离，因此能够降低航行体在水中的阻力，大大提高了航行体的运动速度与航行距离。
[0004]超空泡航行体在水下高速航行时，航行体的尾部与空泡壁接触时会产生复杂的非线性滑行力，非线性滑行力的出现不仅会增加航行体的摩擦阻力，还会给航行体造成振动与冲击，进而产生混沌这一复杂的非线性现象。因此，需要对该现象进行分析，并且能够分析结果对其进行优化处理，从而获得较为理想的航行结果。
[0005]事实上，对于一个非线性动力学系统而言，当系统参数在一定范围内变化时，便会出现混沌和分岔等物理现象。混沌和分岔作为一种复杂的非线性物理现象，过去的几十年里在科学、数学以及工程应用等各个领域得到了研究者极大的关注，关于具体物理系统的动力学建模、非线性物理现象揭示、稳定性和分岔分析等多个方面取得了大量的研究成果。
[0006]目前，国内外有关超空泡航行体的非线性动力学研究，主要是针对超空泡航行体开环参数引起的非线性现象和航行体反馈控制的研究。然而，对于超空泡航行体闭环控制的动力学特性研究而言，在业内仍属空白。
[0007]由于超空泡航行体的闭环控制特性是进行超空泡航行体反馈控制器设计的重要依据，因此需要对其动力学特性进行正确分析。
【发明内容】
[0008]鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种超空泡航行体复杂非线性滑行力函数的分段线性方法，本发明的目的还在于简化超空泡航行体动力学模型，更加方便的分析超空泡航行体的动力学特性。
[0009]为了达到上述目的，本发明的超空泡航行体动力学特性分析的分段线性方法是这样的:
[0010]一种超空泡航行体动力学特性分析的分段线性方法，其包括以下步骤:
[0011]步骤1:建立超空泡航行体动力学模型；
[0012]假设在航行过程中各种作用力保持平衡，航行体总速度V保持不变，超空泡航行体的动力学模型如下:[0013]
【权利要求】
1.一种超空泡航行体动力学特性分析的分段线性方法，其包括以下步骤: 步骤1:建立超空泡航行体动力学模型；超空泡航行体的动力学模型如下:
2.根据权利要求1所述的超空泡航行体动力学特性分析的分段线性方法，其特征在于:所述步骤I的式(I)中，m为密度比(P m/p), g为重力加速度，η为尾翼效率；各系数矩阵Μ^ΑρΒ。和重力Fglmm分别可表达为
3.根据权利要求1所述的超空泡航行体动力学特性分析的分段线性方法，其特征在于:所述步骤I的式(2)中，R'的表达式为:
4.根据权利要求1所述的超空泡航行体动力学特性分析的分段线性方法，其特征在于:所述步骤2中，
5.根据权利要求1所述的超空泡航行体动力学特性分析的分段线性15方法，其特征在于:所述步骤3中的超空泡动力学模型参数，超空泡航行体的反馈控制增益分别为kz=15、ke=30 和 kq=0.3。
6.根据权利要求1所述的超空泡航行体动力学特性分析的分段线性方法，其特征在于:所述步骤4中，所述平衡点处的特征方程为:
det (I λ -Js) = O
入 ^=-21.ll±j31.95，λ 3=272.68土 j345.1。
【文档编号】G01M10/00GK103558009SQ201310538856
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月4日 优先权日:2013年11月4日
【发明者】熊天红, 陈耀慧 申请人:南京理工大学