魚雷空間運(yùn)動(dòng)描述ppt課件

1、第二章 魚雷航行力學(xué)n魚雷空間運(yùn)動(dòng)的描畫n作用在魚雷上的流體動(dòng)力與力矩的組成與表示n魚雷空間運(yùn)動(dòng)方程組n魚雷空間運(yùn)動(dòng)方程的分組與線性化2-1 魚雷空間運(yùn)動(dòng)的表示及其支配機(jī)構(gòu)一、 坐標(biāo)系地面坐標(biāo)系與雷體坐標(biāo)系歐拉角,速度坐標(biāo)系攻角，側(cè)滑角彈道坐標(biāo)系, , 歐拉角二、 魚雷的運(yùn)動(dòng)參數(shù)1. 姿態(tài)角歐拉角轉(zhuǎn)動(dòng) 先令雷體系與平移系完全重合，然后使雷體系按以下順序繞其本身各軸旋轉(zhuǎn)：先繞y1(y0)軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度航向角，再繞旋轉(zhuǎn)后的z1軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度俯仰角，最后繞二次旋轉(zhuǎn)后的x1軸轉(zhuǎn)動(dòng)角度橫滾角。2. 重心的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)方向平動(dòng) 用表示速度向量v與地面坐標(biāo)系之間關(guān)系的彈道傾角、彈道偏角和傾斜角來(lái)描畫。3. 流體動(dòng)力角流

2、膂力和力矩 攻角和側(cè)滑角描畫重心速度向量v在雷體坐標(biāo)系中的方向，稱為流體動(dòng)力角。三、 坐標(biāo)變換矩陣1、速度坐標(biāo)系對(duì)彈道坐標(biāo)系的變換矩陣1000cossin0sincostC速度坐標(biāo)系與彈道坐標(biāo)系之間的夾角是彈道傾斜角2、速度坐標(biāo)系對(duì)雷體坐標(biāo)系的變換矩陣速度坐標(biāo)系與雷體坐標(biāo)系之間的相對(duì)位置由攻角和側(cè)滑角來(lái)描畫coscossincossinsincoscossinsinsin0cosbC 3、平移坐標(biāo)系對(duì)彈道坐標(biāo)系的變換矩陣平移坐標(biāo)系與彈道坐標(biāo)系之間的關(guān)系可用彈道傾角和彈道偏角來(lái)描畫0coscossincossinsincoscossinsinsin0costC 4、平移坐標(biāo)系對(duì)雷體坐標(biāo)系的變換矩

3、陣平移坐標(biāo)系相對(duì)于雷體坐標(biāo)系的角位置可用俯仰角、偏航角和橫滾角來(lái)確定0coscossincossinsincoscossinsincoscossinsincoscossinsincossinsincoscossinsinsinsincoscosbC 5、坐標(biāo)變換矩陣之間的相互轉(zhuǎn)換根據(jù)兩個(gè)直角坐標(biāo)系之間的變換矩陣具有正交性，可得以下關(guān)系0000tTtbTbtTtbTbCCCCCCCC同時(shí)，還可按以下傳送關(guān)系對(duì)各坐標(biāo)系進(jìn)展相互轉(zhuǎn)換0000bbttbbtbbtCC CCC CCC C C6、幾何學(xué)方程sincos(cossinsincoscos )sincossincossincossincossi

4、nsin(coscossinsincos )sin(coscossinsinsin)cossincoscossinsin(cossinsincoscos ) 四、 運(yùn)動(dòng)自在度魚雷運(yùn)動(dòng)有6個(gè)自在度。3個(gè)線運(yùn)動(dòng)(重心運(yùn)動(dòng))：向前(前進(jìn)運(yùn)動(dòng))；上下(爬潛運(yùn)動(dòng))；左右(側(cè)移運(yùn)動(dòng))。3個(gè)角運(yùn)動(dòng)(繞重心運(yùn)動(dòng))：俯仰運(yùn)動(dòng)；偏航運(yùn)動(dòng)；橫滾運(yùn)動(dòng)。上述6個(gè)自在度運(yùn)動(dòng)可分為縱向運(yùn)動(dòng)和側(cè)向運(yùn)動(dòng)?？v向運(yùn)動(dòng)包括：前進(jìn)運(yùn)動(dòng)；爬潛運(yùn)動(dòng)；俯仰運(yùn)動(dòng)。側(cè)向運(yùn)動(dòng)包括：側(cè)移運(yùn)動(dòng)；偏航運(yùn)動(dòng)；橫滾運(yùn)動(dòng)。五、 支配機(jī)構(gòu)魚雷的運(yùn)動(dòng)通常是利用橫舵、直舵以及差動(dòng)舵進(jìn)展控制的。魚雷橫舵偏角用e表示，向下偏轉(zhuǎn)為正；直舵(方向舵)偏角用r表示，向右偏轉(zhuǎn)

5、為正(從雷尾向雷頭察看)；差動(dòng)舵角用d表示，右橫舵向下(上直舵向右)，左橫舵向上(下直舵向左)為正。2-2 流體動(dòng)力與力矩n魚雷流體動(dòng)力和力矩由以下幾部分組成：n 1位置力或定常平移力n 2阻尼力或定常旋轉(zhuǎn)力n 3慣性力或非定常力 00( )RRRRRRMMMMM2-3 流體動(dòng)力系數(shù) 2-4 流體動(dòng)力表達(dá)式一、位置力及位置力系數(shù)一、位置力及位置力系數(shù)111222222222222xxxyzxyyezzrxmmdm pymzrrzmyeeXAYAAZAAMAAAMAA xMAA x 速度坐標(biāo)系下雷體坐標(biāo)系下二、旋轉(zhuǎn)力及旋轉(zhuǎn)力系數(shù)二、旋轉(zhuǎn)力及旋轉(zhuǎn)力系數(shù)11111111111111110 xyzyz

6、zyxmxymyzmzXYAZAMAMAMA 三、慣性力及慣性力系數(shù)三、慣性力及慣性力系數(shù)111111111111111112226133354453556266xayzazyaxx azyy ayzz aXYZMMM 2-5 鉸鏈力矩 作用于舵面上的流體動(dòng)力相對(duì)于舵面鉸鏈軸的力矩通常稱為鉸鏈力矩。 鉸鏈力矩的大小將影響魚雷的機(jī)動(dòng)性能和支配的準(zhǔn)確性，由于操舵時(shí)必需抑制鉸鏈力矩。當(dāng)控制信號(hào)需求給出較大舵角時(shí)，舵機(jī)應(yīng)能發(fā)出相應(yīng)的功率，但是舵機(jī)的功率總是有限的。有時(shí)，能夠會(huì)發(fā)生這樣的情況，即雖然控制系統(tǒng)要求繼續(xù)加大舵角，但舵不能更多地偏轉(zhuǎn)，這就限制了魚雷的機(jī)動(dòng)性。鉸鏈力矩愈大，那么舵的偏轉(zhuǎn)速度愈小，

7、魚雷對(duì)控制造用的反響愈慢。因此，舵機(jī)應(yīng)能給出足夠大的操舵力以抑制造用在舵面上的流體動(dòng)力和力矩。2-6 魚雷的運(yùn)動(dòng)方程n運(yùn)動(dòng)學(xué)方程1. 1. 重心相對(duì)地面坐標(biāo)系平動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程重心相對(duì)地面坐標(biāo)系平動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程2. 2. 雷體坐標(biāo)系相對(duì)平移坐標(biāo)系轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程雷體坐標(biāo)系相對(duì)平移坐標(biāo)系轉(zhuǎn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程0cossincos0sincoscos10sinzyx0coscos0sin0cossineetexvvyCvzv n動(dòng)力學(xué)方程sincoscoscossincoscossinsincossinsincossincosttmvXPTmvYPTmvZT 1111111111111111111110cosco

8、ssin0cos sinsin0sincoscosxxzyxxxbyyzxyyybbbzzyxzzzbJJMBzhJJMB xzTzJJMB hxTh在縱向運(yùn)動(dòng)中，一切側(cè)向運(yùn)動(dòng)參數(shù)和橫滾運(yùn)動(dòng)參數(shù)為零。在魚雷運(yùn)動(dòng)方程組中，令側(cè)向運(yùn)動(dòng)參數(shù)和橫滾運(yùn)動(dòng)參數(shù)以及舵角為零，即得縱向運(yùn)動(dòng)方程。111111112222226222666cossin()sincos()( sincos )sincoszzxyyeyzzzzmyeemzzbzeemATPmAAATPJAA xAB hxThyx 2-7 魚雷縱向運(yùn)動(dòng)規(guī)范形方程規(guī)范形方程1111211141822122232425262272829231323435

9、363723839sin1(sincoscossin)sincoscossinsincoszezzezeekkkkkkkkkkkkkkkkkkkkyx 縱向定常運(yùn)動(dòng)縱向定常運(yùn)動(dòng)1.等速程度直航運(yùn)動(dòng)10zevy 代入原始方程22222()zxyyemyeebATTAAPAA xBxTh 020020()1()()()1()zzzebmyxembyxemyxeyPxThBxAAAxPAThBxAAAAAxA2.等速直航爬潛運(yùn)動(dòng)10zvey 常數(shù) 常數(shù)22222sin0()cos0(cossin)(sincos)0zxyyemyeebATPATAPAA xBxBhTh (sin)/xTPA縱向運(yùn)動(dòng)的

10、線性化方程縱向運(yùn)動(dòng)的線性化方程以定常程度直航運(yùn)動(dòng)作為基準(zhǔn)，根據(jù)小擾動(dòng)原理111111121421222324231323334343525461( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )zezzezeetatatattatatatatbttatatatatbttaty tatatx tat2-8 魚雷側(cè)向運(yùn)動(dòng)側(cè)向運(yùn)動(dòng)的原始方程側(cè)向運(yùn)動(dòng)的原始方程1111111111111111111cos(coscoscossinsin)()(cossin )cos()(cos sinsin )(cossin )sec(cossin )tancossitxxzyyzxbyyxzxzybbbyzxyzemZTJJJMB zhJJJMB xzTzz ncossincoscoscos sin(sincoscossinsinsin)sin(sincossinsinsincos)coscossincoscos sinsinsincoscoscossinsin 1111111122200003303522000553500()sinyyyzzrzyyyymzrrmybyemATAAJAA xATzz 無(wú)橫滾的側(cè)向程度運(yùn)動(dòng)方程無(wú)