《水下超空泡航行體非線性動力學分析與穩定控制研究》是依託南京理工大學，由熊天紅擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：水下超空泡航行體非線性動力學分析與穩定控制研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：熊天紅
- 依託單位：南京理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
航行體在水下高速航行時，周圍液體汽化，從而產生覆蓋航行體大部分表面的超空泡，可以顯著減少航行體的阻力，大大提高航行體的運動速度和距離。本課題以水下超空泡航行體為研究對象，針對航行體尾翼與空泡之間碰撞產生複雜非線性滑行力的問題，探討系統隨參數變化所產生的非線性物理學現象，揭示航行體運動穩定性的條件，引入憶阻突觸作為控制系統的元件，提出基於憶阻神經網路的控制方法，解決航行體穩定控制中存在的模型不精確性、複雜非線性、多變數控制等難題。研究三個方面內容：1.基於分岔圖、Lyapunov指數譜、相軌圖等工具，分析超空泡航行體參數對系統非線性動力學特性的影響。2.探討系統參數對超空泡航行體運動穩定性的影響，確定航行體穩定運動的系統參數區域範圍。3. 針對超空泡航行體動力學模型的非線性和不精確性，建立基於憶阻神經網路的自適應控制方法。研究結果為超空泡航行體運動穩定性控制技術在工程中的套用提供理論依據。
結題摘要
本項目主要針對超空泡航行體的非線性動力學特性以及穩定性控制進行了詳細的分析，利用相空間軌跡、分岔分析、Lyapunov 指數和吸引域等動力學分析方法，研究不同空化數、空化器偏轉角、尾翼偏轉角等系統參數以及航行體發射的初始深度、初始垂直速度、初始俯仰角、初始角速度變化時，產生的非線性物理現象。結果表明超空泡航行體的運動具有強烈的非線性，隨著參數的變化，系統出現混沌、分岔、周期窗等非線性行為；隨著初始條件的變化，系統還具有多種共存吸引子等非線性現象。從原理上定性地解釋了超空泡系統往往受入水狀態及系統參數的影響而運動失穩的原因。進而基於吸引域進行了魯棒性分析，並基於Lyapunov穩定性理論對分段線性系統進行了控制器設計。解決了超空泡穩定控制中存在的模型不精確性、複雜非線性、多變數控制等問題。保證超空泡航行體的穩定航行。本項目的研究內容： (1)分析了空化數、空化器偏轉角、尾翼偏轉角等系統參數對超空泡航行體運動非線性動力學特性的影響； (2)分析不同系統參數對超空泡航行體運動穩定性的影響，確定超空泡航行體穩定運動的區域範圍； (3)分析初始入水條件對航行體運動穩定性的影響，驗證多種多穩態現象的存在，並用吸引域刻畫了超空泡航行體發射的初始條件與運動狀態的對應關係； (4)通過控制航行體頭部空化器的偏轉設計控制器，保證超空泡航行體在縱向平面內的穩定運動。
