潜艇方向舵对艉升降舵舵卡的挽回操纵仿真分析.pdf

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1、第39卷第4期2010年08月船海工程SHIP&OCEANENGINEERINGVOL39No．4Aug．2010DOI：10．3963／j．issn．1671—7953．2010．04．042潜艇方向舵对艉升降舵舵卡的挽回操纵仿真分析刘常波8，赵立业6。丁风雷8(海军潜艇学院a．作战指挥系；b．研究生队，山东青岛266071)摘要：为分析潜艇方向舵对艉升降舵卡下潜大舵角的影响，建立潜艇水下空间运动及舵卡均衡模型，仿真分析表明，潜艇艉舵卡下潜舵大舵角后，立即减速并使用“方向舵满舵+艏上浮舵满舵”的抗沉措施在中低航速时是一种有效的挽回艉舵卡下

2、潜满舵的手段。关键词：潜艇；舵卡；均衡；方向舵中图分类号：U674．76文献标志码：A文章编号：1671—7953(2010)04—0135—031方向舵挽回艉舵卡操纵模型操纵方向舵对挽回艉升降舵卡舵可起到重要作用，利用方向舵摆满舵使潜艇做回转运动。一方面由于艇运动阻力增大，航速下降，使艉升降舵水动力减小；另一方面由于回转过程中垂直面内运动的耦合作用，潜艇产生艉倾做上浮运动，可以在相当程度上抵抗艉升降舵卡下潜舵引起的艏倾和下潜运动uJ。潜艇进行空间机动时符合空间六自由度运动方程，方程简化形式如下式[2]：m(玉一仃+咖)一X优(0一泖+“r

3、)一y似l=b孑搿)一qr=K(1)+(工。一k—I．tt--t-(I。一I。)rp=MI。}+(I彤--I。)pq=N式中：玑——潜艇质量；L、k、k——潜艇对三坐标轴Gx、Gy、Gz的转动惯量；M、口心一潜艇沿三坐标轴G、G、G的运动速度；P、q、r潜艇绕三坐标轴G、q、G的旋转角速度。根据空间运动方程及水动力系数建立潜艇空收稿日期：2009—07—10修回日期：2009-10-08作者简介：刘常波(1963一)，男，硕士，副教授。研究方向：潜艇操纵与运动仿真E-mail：qdliucb@126．corn间运动模型，进行舵卡操纵仿真。当

4、发生舵卡事故时，应立即压水消除舵卡力矩，并适时注排水消除舵力。舵卡均衡的过程是：根据纵倾角和舵角的大小计算出均衡量；通过艏艉均衡水舱之间的调水消除力矩差；适时通过注排水消除浮力差。潜艇均衡过程定深的运动方程为[3]f△户+zo+z：×咿+z爰×&+zZ×筑一oI△M+Mo+(峨一嘲)×口+M＆×&+M2×文一Mv，=0(2)经过推导化简后得到在规定的航速下的舵卡均衡计算公式：f卸=一(△户巴×口+△绒×&+△砖×良)【△M=一(△M3×8+△M&X菇+4峨×文)(3)式中：Apo、△跣、△琏——1。纵倾角、艏舵角、艉舵角的注排水量；△M3、

5、出健、△M￡——1。纵倾角、艏舵角、艉舵角的压水量。在挽回过程中，当航速降低到可以控制深度操纵潜艇时，方向舵即可恢复到控制航向的正常操舵方式[1]，此时应及时排除卡舵故障。2仿真分析根据以上模型，利用Matlab软件对某型潜艇舵卡后操纵方向舵挽回舵卡操纵进行仿真分析。仿真条件为：潜艇不同速度下，初始深度50m，在潜艇正常航行50S时操纵艉舵以一定的转舵速率到下潜舵满舵，20s后采取抗沉措施(单独或同时使用艏舵满舵和方向舵满舵或采取减速措施)，并且同时采取均衡措施。】35第4期船海工程第39卷2．1艏上浮舵满舵挽回操纵仿真分析潜艇航速为4、6

6、、8kn时，单独使用艏上浮满舵挽回艉舵卡的深度变化见图1。量穗隧图1深度50m。艏舵挽回艉舵卡深度变化曲线从仿真结果可以看出，当航速较低时(4、6kn)，单独使用艏舵满舵可以控制住潜艇的深度变化。但是当潜艇处于中速8kn时，由于艉舵的舵效比艏舵大很多，潜艇的深度将会随速度的升高而迅速增加，导致艏舵挽回舵卡操纵失败。2．2方向舵满舵挽回操纵仿真分析潜艇航速为4、6、8kn时，单独使用方向舵满舵挽回艉舵卡的深度变化见图2。量越聪一圜’-‘～‘r时l司／s圈2深度50In。方向舵挽回艉舵卡深度变化曲线从仿真结果可以看出，当潜艇采取操纵方向舵满舵，

7、此时潜艇航速迅速降低，潜艇速度从4、6、8kn分别降低到2．5、3．3、4．5k11左右。在低速4k11时，单独使用方向舵挽回艉舵卡，可以很好地控制潜艇深度。当潜艇航速处于6kn和8kn时，由于艉舵的舵效比方向舵产生的升力和升力矩大很多，潜艇的深度将会随速度的升高而迅速增加，最大下潜深度83．2m和122．21TI，下潜深度比较大，同时出现大的危险纵倾，如果海区深度较浅，将会威胁潜艇安全，导致挽回操纵失败。通过图1、2可以得出，单独使用方向舵满舵或艏上浮舵满舵，在低速时可以控制潜艇深度，在中高速时控制效果较差。】362．3“方向舵满舵+艏上

8、浮舵满舵”挽回操纵仿真分析航速为4、6、8kn时，联合使用“方向舵满舵+艏上浮舵满舵”和“方向舵满舵+艏上浮舵满舵+减速(70s时开始减速至4kn)”挽回艉舵卡的深度变化见图3。