[发明专利]一种基于压力分布预测水下航行体运动轨迹的方法

摘要

本发明涉及一种基于压力分布预测水下航行体运动轨迹的方法，属于船舶与水下航行器工程、水下航行体运动轨迹估计技术领域。本发明基于水下航行体试验，在航行体表面进行压力测点布置，通过试验获取航行体表面压力测点的压力数据，并基于该数据进一步研究计算，最终得出水下航行体的运动规律及轨迹。本发明可以为水下航行体的姿态控制和运动方式控制等技术提供科学依据，并为开展的水下航行体试验的压力测点布置方案提供技术支撑。

主权项

1.一种基于压力分布预测水下航行体运动轨迹的方法，其特征在于：具体步骤如下：步骤一、在航行体表面布置压力测点；步骤二、获取步骤一航行体迎水面和背水面压力测点在相对坐标系x’方向的压力数据P_ai和P_bi；步骤三、根据步骤二的航行体迎水面和背水面的压力数据，利用公式(1)计算航行体迎水面和背水面压力测点数据的压差ΔP_x’i；利用公式(2)对测点进行压差面积分，然后计算得出所述测点在相对坐标系x’方向的合力F_x’i，最终利用公式(3)将各测点在相对坐标系x’方向的合力进行求和，得出航行体相对坐标系x’方向的合力F_ti；ΔP_x,i＝P_ai‑P_bi        (1)F_x,i＝0.6ΔP_x,iΔS_x,        (2)其中，常数0.6为压力积分修正系数，ΔS_x’为航行体横截面积；步骤四、基于绝对坐标系，根据步骤三的航行体表面合力F_ti，结合公式(4)航行体转动惯量J和公式(5)航行体转矩M，利用公式(6)计算出航行体的角加速度α_i；其中，m为航行体质量，l航行体长度，d_i为压力测点距离质心的距离；步骤五、通过步骤四得到的角加速度α_i，利用公式(7)获得航行体相对偏转角度Δθ_i，结合相对偏转角度并利用公式(8)即可计算绝对偏转角度θ_i，所述绝对偏转角度是本时刻的相对偏转角度与上一时刻的绝对偏转角度之和；Δθ_i＝α_iΔt²       (7)θ_i＝Δθ_i+θ_i‑1      (8)其中，Δt为航行体计算时间步，θ_i‑1为航行体上一时刻的绝对偏转角度；步骤六、通过航行体绝对坐标系沿y方向和x方向的初始速度，结合步骤五得到的航行体绝对偏转角度，利用公式(9)和公式(10)预测下一时刻的航行体速度；其中，v_x(ti)和v_y(ti)分别为航行体上一时刻速度；步骤七：利用公式(11)和公式(12)将步骤六预测的航行体速度在时间上积分，即得到此时间步内航行体的相对位移,并与上一时刻航行体的绝对位移相加，即可得到航行体预测时刻的绝对位移重复步骤五到步骤七，对航行体的偏转角度和速度进行时间迭代，即可得到下一时刻的位移；步骤八：根据步骤七航行体得出的位移，拟合出航行体运动轨迹，即实现航行体运动轨迹预测。