超空泡航行体动力学建模与控制策略研究

"超空泡高速航行体动力学建模与控制设计 (2010年)，王京华等人，哈尔滨工业大学学报" 这篇论文主要探讨了超空泡航行体在高速航行过程中的动力学建模与控制策略。超空泡航行体是一种利用空化现象减小水阻，实现高速航行的技术。在研究中，作者首先依据空泡膨胀独立性原理，深入研究了空泡的“记忆效应”，即空泡形状会受到其形成过程的影响，这对理解航行体在水中的动态行为至关重要。 在计算超空泡航行体所受的流体动力时，作者不仅考虑了航行体各部分的物理特性，还特别关注了空化器的定向效应。空化器是产生空泡的关键部件，其方向会影响空泡的形成和稳定性。此外，考虑到空泡尾部可能会发生上飘变形，这将影响航行体的升力和阻力分布，因此在模型构建中也对此进行了详尽的计算。 通过对航行过程中的尾翼效率变化规律的研究，作者建立了超空泡航行体的非线性动力学模型。这个模型能够更准确地描述航行体在空泡状态下的运动特性，为后续的控制设计提供了理论基础。 控制设计部分，作者采用了输入输出精确线性化的鲁棒极点配置控制器，这种控制器能提供良好的深度跟踪性能。然而，这种控制器存在两个主要问题：控制输入饱和和滑行力的不利影响。控制输入饱和是指控制器的输出无法无限增大以满足系统的需求，而滑行力则可能由于航行体与空泡壁的接触导致，增加航行阻力。 为了解决这些问题，论文提出了预测控制方法。通过预先计算和规划航行体的运动，可以避免控制输入达到饱和状态。同时，通过约束航行体尾部与空泡壁的距离，确保航行体尾部不会与空泡壁接触，从而消除滑行力，减少摩擦阻力，进一步提高了航行体的运动稳定性和整体性能。 关键词涉及到超空泡、记忆效应、超空泡航行体、滑行力和预测控制，这些都是论文的核心内容。该研究对于理解和优化超空泡航行体的高速航行性能具有重要意义，对于水下高速航行技术的发展提供了理论支持和新的控制策略。