潜艇水下运动稳定性非线性分析研究.pdf

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1、第15卷第8期2011年8月船舶力学JournalofShipMechanicsV01．15No．8Aug．2011文章编号：1007-7294(2011)08--0844--09潜艇水下运动稳定性非线性分析研究戴余良1，王长湖2，苗海1，刘祖源3(1海军工程大学船舶与动力学院，武汉430033；2青岛92196部队装备部。山东青岛266011；3武汉理工大学交通学院，武汉430063)摘要：应用非线性系统运动稳定性理论和同伦延拓数值计算方法，分析了潜艇水下运动的稳态响应及运动稳定性，潜艇应急上浮运动稳定性实例分析结果通过其大攻角六自由度运动方程数值

2、积分的动态仿真进行了验证，表明稳定性分析结果是正确的。从而说明了采用同伦延拓法分析潜艇水下运动稳定性是有效的。关键词：潜艇；运动稳定性；非线性动力学；同伦延拓法中图分类号：U661．3文献标识码：AStudynonlinearanalysisof‘‘‘onstabilityofStudyonnonlinearanalysismotionstabilltysubmarinesunderwaterDAIYu-liang1，WANGChang-hu2,MIA0Hail，LIUZu--yuan3(1NavalArchitectureandPowerColle

3、ge，NavalUniversityofEngineering，Wuhan430033，China；2EquipmentDepartment,Army92196，Qingdao266011，China；3TransportationCollege，WuhanUniversityofTechnology，Wuhan430063，China)Abstract：Themotionstabilitytheoryofanonlinearsystemandtheprinciplesofcontinuationbasedonho-motopytechniquesw

4、ereappliedtostablestateresponseandmotionstabilityanalysisofsubmarinesduringemergencyascent．Thestabilityanalysisresultswereverifiedbysimulationsusingdirectnumericalintegra-tionsofthefullynonlinear,coupledsixdegrees-of-freedomequationsofmotionforthesubmarine．Itindi-catesthathomot

5、opyandcontinuationtheorytechniquescouldbeaneffectiveanalysismethodformotionstabilityofsubmarinesunderwater．Keywords：submarine；motionstability；nonlineardynamics；homotopyandcontinuationtheorytechniquesl引言潜艇是主要在水下活动的航行体。为了保证潜艇水下航行安全，特别是在舱室破损进水、舵卡等事故状况下的安全，清楚地了解潜艇的动态响应特性和稳定性是至关重要的。

6、确定潜艇运动稳定性的传统方法主要集中在直线基准运动附近小扰动情况下的特征值分析，使lJ，7▲m、用两个稳定性指标【ll来判断：垂直面稳定性指标G。=l—g≥享尝和水平面稳定性指标G。=l—zkI朋g-石∥IJ收稿日期：2010一lo-ll修改日期：2011．03-28基金项目：国防预研项目资助(1010501020301)作者简介：戴余良(1966-)，男，博士，剐教授，主要从事船舶操纵运动建模、智能控制与实时仿真研究，E-mail：yuliang．．dai@163．com。第8期戴余良等：潜艇水下运动稳定性非线性分析研究845害堑黑。这些指标只适用

7、于弱机动，当它们的值大于零时，表示在柏矗的平面内潜艇运动是稳定J，IlVr-XGmJ的。·．上述稳定性评价指标基于如下假设：在小扰动基准直线运动中，水平面运动与垂直面运动之间的耦合相对较弱，可以忽略。但是，对于高速航行的潜艇，在航行的极限状态或应急状态下，上述关于水平面与垂直面之间运动不耦合的假设不再成立，此时在所有六个自由度都可能发生大幅运动，各种运动模态之间的非线性相互作用变得非常显著。因此，简单地使用指标C。和G。可能导致不正确的结论。此时必须考虑水平面与垂直面运动之间相互耦合的运动特性。潜艇的水下运动，尤其是应急情况下的操纵运动通常是非线性的

8、。随着非线性理论的日益成熟，运用非线性动力学理论对潜艇的运动微分方程进行分析，能够更准确地对潜艇的运动规律作