水面无人艇倾覆恢复系统分析与仿真.研究

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1、哈尔滨工稃大学硕士学位论文第1章绪论21世纪是一个崭新的智能化世纪，我们的地球空间无处不充斥着各种各样智能化设备、智能化武器。有翱翔于天空的无人机(UnmannedAerialVehicle，简称UAV)，有驰骋在陆地的无人车(UnmannedGroundVehicles，简称UGV)，有邀游于大海的智能水下机器人(AUV或者UUV)，还有穿梭于海面的水面无人艇(UnmannedSeaSurfaceVehicles，简称USSV或者USV)。如今和未来，这些新兴的智能化产物无论在军用还是民用都将发挥他们超乎想象的作

2、用，本文要研究的对象即是其中之一——水面无人艇(USV)。1．1水面无人艇抗倾覆与仿真研究进展1．1．1水面无人艇研究动态水面智能高速无人艇是因水面反恐等需求而发展起来的新型智能水面机器人，具有情报收集、监视、侦察、武装保护、扫雷、反潜和精确打击等功能。相对UGV、I兀Ⅳ等，水面无人艇(USV)起步较晚，较为年轻，但对于像中国这样的海洋国家来说却具有举足轻重的作用。目前，美国和以色列作为研究和开发水面无人艇的主要发起者，无论在技术还是实艇制造方面都高人一等。“SpartanScout”一斯巴达侦察兵，该无人艇是美国

3、海军新世纪计划发展的一种新武器系统，也属于五角大楼关注的“美国先进概念技术演示项目"(ACTD)之一，它是一艘7米长的刚性船体充气艇，艇宽3米、高4．5米，排水量2吨。“SpartanScout”是既可遥控也可自动运行的高速艇，可以在150至1000海里的海域内工作8至48小时，其最低行驶速度为28节，最高可达晗尔滨工程大学硕士学位论Xr／．-50节。与有人驾驶的舰船相比．“SpartanScout”的速度要高得多，而且可以在夜间行动。⋯同时，法国和新加坡也表示了对它的极大关注。法国参加了反潜型“斯巴达侦察兵”的研

4、究，而新加坡则与美国海军对“斯巴达侦察兵”在浅海反港、反水雷、兵力保护和海岸巡逻／打击海盗等领域的多用途应用进行了联合探索。图11美、法、新三国联合研制的“SpartanScout”无人艇自2003年以来，美国海军研究局(OfficeofNavalResearch)的研究人员一直在研究两型无人驾驶海面舰艇(USSV)，以帮助濒海作战舰执行任务，满足濒海作战舰的要求。其中的大拖力无人驾驶海面舰艇(ussV州ghtowforce，简称USSV-HTF)是针对大载荷能力和长续航能力而优化设计的，可以拖带多种传感器和效应器

5、，而高速无人驾驶海面舰艇(USSV—highspeed，简称USSV-HS)的设计目标是在波涛汹涌的海面上高速航行。第一型无人艇计划在2008年投入使用。海军研究局负责管理这两个无人驾驶海面舰艇项目，海军水面作战中，tl,卡德罗克分部负责两型无人艇的设计工作，海事应用物理公司负责制造两型无人艇。海军研究局项目官员的目标是把无人艇技术移植到海军海上系统司令部的濒海作战舰项目。哈尔滨工程大学硕士学位论文大拖力和高速无人艇的长度分别为39英尺和36英尺。这两型无人艇已经下水接受测试，目前正在参加多种海上试验。“1图13大

6、拖力无人驾驶海面舰艇(USSV-HTF)国内目前在水面高速无人艇技术方面的研究还处于起步阶段，在实艇建造方面几乎是空白。1972年中华造船厂曾经建造了一艘无人遥控扫雷艇，从时间上来说，其技术已经落伍。2002年我国北方某基地装各部通信修理厂将一艘退役导弹快艇改装为无人遥控靶船，通过远距离摇控指挥，实现对靶船航速、航向、灯光信号识别等要素的战术控制。中国航空科工集团公司沈阳新光公司推出的XG-2概念无人艇能依靠卫星通信，承担海上反潜任务。图14中国航空科工集团公司沈阳新光公司XG一2无人艇哈尔滨T程大学硕十学位论文1

7、．1．2水面无人艇抗倾覆仿真与研究从国内外对船舶抗倾覆研究历史来看，目前尚五人专门对水面无人艇抗倾覆做仿真研究。但是，无人艇作为水面船舶的一员，具有一般水面船舶的共性，只是其运动控制以及受力成因较普通船舶而言有其独特的一面。因此对无人艇的抗倾覆研究可以参考普通船舶的倾覆机理进行深入研究。目前，国内外对水面船舶的倾覆与仿真研究主要从倾覆机理以及倾覆几率等方面进行。文献[3】以波浪尺度为变参数，确定横摇运动随参数变化的定性情况，然后运用数值积分和胞映射相结合的方法，计算规则横浪中船舶运动的稳定性。文献[4]采用非线性动

8、力学理论研究了船舶规则海浪中的抗倾覆能力，运用分岔理论和Floquet理论对稳态解进行了稳定性分析。文献[5】运用安全池理论计算船舶稳性。文献[6]初步研究了激励是窄带谱的船舶横摇运动的分翁和混沌现象。文献[7】引进了相空间转移率，对正浮和具有永倾角航行船舶的倾覆作了研讨曲1。本文无人艇抗倾覆仿真与前述研究不同，重点不在于研究无人艇如何倾覆或倾覆过程，而是研