潜艇水下破损定深操纵方法仿真研究.pdf

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1、第39卷第2期2010年4月船海工程SHIP&OCEANENGINEERINGVoL39No．2Apr．2010DOI：i0．3963／j．issn．1671—7953．2010．02．031潜艇水下破损定深操纵方法仿真研究郝英泽，胡坤。刘百顺(海军潜艇学院作战指挥系，山东青岛266071)摘要：分析自动舵垂直面定深控制系统及以均衡为目标的吹除方法，提出针对潜艇不同舱室破损升降舵的操纵方法及压载水舱的吹除方法，通过实例仿真验证提出的操纵方法的有效性。关键词：潜艇；操纵；均衡吹除；定深控制中图分类号：U664．82文献标志码：A文章编号：1671—7953(2

2、010)02-0111—03在战争环境中，潜艇面临来各种反潜武器的威胁，一旦破损进水后果非常严重[1]。从各国潜艇目前的设备性能和训练水平看，有必要进一步提高艇员应对破损进水的能力。当海面有敌情限制，同时海区深度接近或超过潜艇的极限深度，潜艇在水下发生破损进水，应考虑定深控制。加强对破损潜艇定深控制的研究，对提高潜艇生命力和战斗力都具有重要意义。1破损进水潜艇水下定深控制操纵方法破损进水潜艇实现水下定深运动需要满足以下条件：破损位置在舱室底部，通过向舱室供气最终能抑止进水；破损面积小于临界破损面积；采用合理的吹除方式；有效地操纵好升降舵。1．1升降舵的操纵控

3、制方法自动舵深度保持系统中，包含了PID控制和仿人智能控制两种实现过程[2]。PID控制用于潜艇垂直面运动控制具有较高的可靠性，这是其他控制技术无法比拟的。仿人智能控制(HSIC)是一种智能控制方法，其基本算法也非常适合潜艇运动控制，当深度和纵倾偏差趋于增加或没有稳定在设定的区间内时，调用比例和微分控制模态，操纵升降舵，于是产生对潜艇运动状态的驱动效果，使潜艇的运动状态向目标状态漂移；当深度和收稿日期：2009—04—02修回日期：2009-05-25作者简介：郝英泽(1963一)，男，学士，副教授。研究方向：潜艇构造及操纵。E-mail·Haoyze@qq

4、．C01TLcn纵倾偏差向减小方向变化或为零时，停止操舵控制，即保持舵角为一常值。由于PID控制和HSIC控制的特点不同，在定深时交替使用PID和HSIC控制可以实现稳定定深运动控制。根据控制目标预先设定一个深度波动范围，如某目标深度上下3m。当深度差超过允许的深度波动范围时，选择PID控制使之可靠、迅速、稳定地回到平衡位置；当深度差在允许的深度下限范围内时，用HSIC控制保持潜艇深度。算出浮力差和力矩差后，系统接着算出最小纵倾平衡角，指示HSIGPID控制系统控制的目标位置。所谓最小纵倾平衡角是指在使潜艇处于定深运动的首尾舵角和纵倾角的组合中，首尾舵角在允

5、许范围内而纵倾角最小的那组组合[3]。PID控制舵角数值由深度和纵倾的比例及微分信号决定。1．2均衡吹除吹除水舱可以产生正浮力，同时产生不同的纵倾力矩。忽略其他因素，以第一时间浮出水面为目标的吹除称为应急吹除；以均衡潜艇由于进水、舵卡或其他原因突然引起的大数值的不平衡力和力矩为目标的吹除方法称为均衡吹除。在均衡吹除时，根据不同舱室的特点选择吹除方法，目标都是防止出现大纵倾。首部舱室进水容易形成首倾，对潜艇造成危险，吹除时主要控制首倾。中部舱室进水引起的纵倾不大，定深控制时主要控制运动惯性。尾部舱室进水容易形成尾倾，主要防止出现大的尾倾L4]。通过仿真，得出某

6、型潜艇破损进水均衡吹除控制方法如图1～3。在首、中、尾部舱室分别取一舱、三舱、六舱为例。111第2期船海工程第39卷一囱囱区一囱囱医图3六舱进水均衡吹除方法2实例仿真以操纵控制实例检验均衡吹除方法用于定深控制的效果。假设某型潜艇初始深度为i00ITI，主航进一，舱室底部海水管路破损，破损面积为100cm2，使用2～7组高压气瓶供气，初始压力20MPa，1、8组初始压力25MPa，抗沉方案是水下80m定深航行。1)启动自动操舵功能，并发“上浮至80m”的指令给升降舵系统；2)启动速浮吹除保护；3)当艇出现明显上浮趋势时，改速浮吹除为均衡吹除；4)向破损舱室供气

7、，当舱室压力接近舷外压力时停止。仿真得出一舱、三舱和六舱破损进水时的操纵控制曲线见图4---6，先正后负的曲线代表尾舵角。仿真结果表明上述操纵方法比较有效，能迅速到达预定深度，并稳定可靠地控制在指定深度。112—20弩10蓬。进一10术一20—20蓬：竺一80—10020。10釜。番一10—20§10蓬。篷一10束一20一20囊：竺一80—100⋯⋯j⋯⋯j⋯⋯L⋯j⋯～塑避--一12⋯．99⋯f(rTi．：⋯s-I一)一：：：：：：：#—p⋯⋯-十⋯⋯·{⋯⋯-·t／sa)升降舵角与时问曲线．．-。．．．～．，·‘-‘J·，···-。。：⋯⋯·十⋯⋯。。：

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