水下自航体水下弹道多学科耦合仿真分析.pdf

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1、总第202期2011年第4期舰船电子工程ShipE1ectronicEngineeringVoL31No．4161水下自航体水下弹道多学科耦合仿真分析+习刚陈卫东杨兴满宁波(中国船舶重工集团公司第七一。研究所宜昌443003)摘要建立了一个水下自航体的联合仿真分析模型，该模型同时考虑了系统中的螺旋桨和舵机系统动力学特性、控制系统特性和流体动力学特性及其相互耦合的特性。利用此模型对水下自航体水下弹道进行了计算，计算结果与实航试验结果比较表明多学科耦合仿真分析的结果能真实的反应了水下自航体运动的情况。关键词多体动力学；水下弹道；联合仿真中图分类号TP391．9Unde

2、rwater叶ajectoryMultiIdisciplmCoupledSimulationofAnAUV)(iGangChenWeidongYangXingInanNingBo(No．7lOR&DInStituteofCSIC，Yichang443003)Abst怕ctTheAUVtrajectorymodelbasedonmult卜disciplinec俨simulationtech面queisconstructedandaplentyoffactorsareunder∞nsideration，forex锄plepropeller，actuatorsystem

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4、erTP391．91引言水下自航体水下弹道研究是涉及流体力学、多体动力学、控制理论、航行力学等多学科领域的复杂问题。对于其水下弹道的研究，以往多以单学科工程分析为主，但是这种单学科工程分析模型常常忽略了来自不同专业的耦合情况和多体动力学中不同刚体之间的运动耦合情况，且不便于各部门各专业的工程师相互交流。现在随着现代产品研制的要求越来越高，这种单学科单软件方法在准确模拟产品真实性能方面的局限性越来越突出。多学科耦合和集成的工程分析方法可以解决这种局限性带来的问题，在产品研制的同时建立基于多学科领域(多体动力学、机械、控制、流体等)的联合仿真模型，各相关专业工程师可以

5、共享一个模型，通过多部门、多学科、多目标协同仿真来分析、评价、验证设计决策。在方案阶段就可以对产品的整体特性进行有效的评估，优化产品整体性能[1]。本文将以水下自航体水下弹道研究为例融合多学科理论建立联合仿真平台。考虑控制系统和机械系统的相互耦合和自航体内部机构运动与自航体航行的耦合，对水下自航体水下弹道进行分析。通过与单一MATLAB仿真结果的对比，可看出联合仿真结果较真实的反应了水下自航体水下运动情况，且联合仿真具有单一MATLAB仿真不可比拟的多体动力学分析功能，还能够同时对航行体上其他机构运动机构(如舵系机构)进行分析。2解决方案针对实际情况结合现有资源，

6、本文采用的是动力·收稿日期：2010年11月19日，修回日期：2010年12月23日作者简介：习刚，男，硕士研究生，助理工程师，研究方向：多体动力学仿真研究。陈卫东，男，硕士，研究员，研究方向：系统仿真。杨兴满，男，硕士，工程师，研究方向：系统仿真。宁波，男，硕士，高级工程师，研究方向：系统仿真。162习刚等：水下自航体水下弹道多学科耦合仿真分析总第202期学分析软件与控制分析软件联合仿真的方法，这是一种既经济又有效的多学科协同仿真方法，而且充分利用凝聚了前人丰富经验单学科工程分析模型。本文将以ADAMS(automaticdynamicanaly—sisofme

7、chanicalsystem)和MATLAB／Simulink为基础，结合CAD软件(Pro／E)及流体动力学计算软件Fleunt，突破ADAMS与MATLAB联合仿真的传统应用领域，引入流体对机构运动的影响，对水下运动的多体系统进行跨学科多系统多软件联合仿真。在MATIAB中建立水下航行体控制模型和流体动力解算模型，在ADAMS中建立水下航行体多体动力学模型。经典的控制仿真软件MATLAB具有强大的控制系统建模和编程计算能力，能够克服ADAMS在控制系统建模上的缺点，ADAMS软件则擅长解决多体动力学问题，能够自动对多体系统进行建模，并按给定精度求解运动学及动力

8、学方程组。