【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 .......................................30 .......................................................................................................34 ...................................................................................38 ...................................................................................40 ...............................................................................41 第5章 滑行艇三自由度運(yùn)動(dòng)預(yù)報(bào)...................................................42 ...............................................................42 ............................................................................................42 作用于滑行艇的非慣性類水動(dòng)力（矩）...............................................44 （矩）的具體計(jì)算........................................................44 ...........................................................................................48 結(jié)論................................................................................................49 致 謝................................................................................................50 參考文獻(xiàn)..............................................................................................51 第1章 緒論 在過去十幾年中，微電子技術(shù)、光電技術(shù)、計(jì)算機(jī)、通信、信息處理、新材料等高技術(shù)的發(fā)展,為無人機(jī)及其機(jī)載設(shè)備等提供了良好的發(fā)展條件，無人駕駛運(yùn)載工具開始真正呈現(xiàn)復(fù)興的勢(shì)頭。無人機(jī)也逐漸發(fā)展成可提供兵力倍增作戰(zhàn)能力的系統(tǒng)方面過度。迄今為止，人們大多都將注意力集中在出盡風(fēng)頭的無人駕駛航空器（UAV）上。確實(shí)，無人駕駛航空器既可以執(zhí)行遠(yuǎn)程空中監(jiān)視，也可執(zhí)行有限的攻擊任務(wù)，而且直升機(jī)昨晚巡邏裝備表現(xiàn)出色，令人嘆服；但與水面無人艇相比，無人駕駛航空器目前在使用和回收方面還存在巨大困難，直升機(jī)的使用費(fèi)用又非常昂貴，補(bǔ)充裝備所需費(fèi)用甚至更高??而無人艇確恰恰相反。不但具有很多突出的特點(diǎn)，教之運(yùn)用環(huán)境，無人艇更是獨(dú)具特色。所謂智能無人水面艇（USV）,就是指那些依靠遙控或自主方式在水面航行的小型無人化、智能化作戰(zhàn)平臺(tái)。它們可以通過大型艦艇攜載,等到達(dá)預(yù)定地點(diǎn)后加以施放,也可以直接在近岸實(shí)現(xiàn)保護(hù)己方打擊敵方的作用。無人水面艇作為一種新概念武器,較之傳統(tǒng)水面艦艇具有一些突出的特點(diǎn):功能模式多樣化作戰(zhàn)行動(dòng)靈活化艇體結(jié)構(gòu)隱蔽化作戰(zhàn)人員零傷亡 網(wǎng)絡(luò)作戰(zhàn)中心化 [1] 圖11 美國”水虎魚“無人拖帶艇”正是智能無人水面艇（USV）具有這么多突出特點(diǎn)，帶動(dòng)了無人艇的多向發(fā)展，它們?cè)谖磥砗Ｑ髧涟踩l(fā)揮越來越大的作用。國內(nèi)外都十分重視該領(lǐng)域的研究，并逐漸在軍事和其他方面得到應(yīng)用。 無人水面艇雖然被認(rèn)為是一種新概念武器, 但其作戰(zhàn)使用確可以一直追溯到第二次世界大戰(zhàn)期間。在第二次世界大戰(zhàn)諾曼底登陸戰(zhàn)役期間,盟國為了實(shí)現(xiàn)其戰(zhàn)略欺騙和作戰(zhàn)掩護(hù)的目的,曾設(shè)計(jì)出一種形如魚雷的無人水面艇,該艇上載有大量的煙幕劑,可按預(yù)先設(shè)定的航向機(jī)械地駛往欺騙海域,從而造成艦艇編隊(duì)登陸的假相,同時(shí)盟軍還利用大型艦艇攜帶其到達(dá)預(yù)定海域而后釋放并引導(dǎo)其進(jìn)入計(jì)劃登陸的海灘施放煙幕,直至動(dòng)力耗盡或被摧毀為止。在二戰(zhàn)后期,美國海軍也曾研制過一系列無人駕駛火箭掃雷艇,即在小型登陸艇上加裝無線電控制的操舵裝置和掃雷火箭彈,用于淺海雷區(qū)作業(yè)。二戰(zhàn)結(jié)束后至五六十年代,蘇聯(lián)曾研制過小型遙控式無人水面艇,用于向敵艦發(fā)動(dòng)自殺式的撞擊爆炸性攻擊,而美國同期開發(fā)的一些無人艇則主要用于搜集海上核試驗(yàn)后的環(huán)境數(shù)據(jù)。由于技術(shù)上的滯后,無人水面艇的發(fā)展在后來的30年間沒有大的突破。圖12 美國“幽靈衛(wèi)士”直到1991 年海灣戰(zhàn)爭(zhēng)后,真正意義上的無人水面艇的開發(fā)才隨著制導(dǎo)和控制技術(shù)的日漸成熟而被重新提上日程。美、法、日、以等國紛紛投入巨資發(fā)展這一裝備(見表11),其作戰(zhàn)系統(tǒng)也實(shí)現(xiàn)了由固定式向模塊化的轉(zhuǎn)變,作戰(zhàn)功能也由單一的反艦、掩護(hù)編隊(duì)、掃雷作戰(zhàn)擴(kuò)展到反恐、緝私、打擊海盜、搜捕、通信等新興領(lǐng)域。表11各國無人水面艇參數(shù)表 在水面高速無人艇方面的研究目前我國還處于起步階段。根據(jù)相關(guān)記載相似的研究如下：1972年中華造船廠曾經(jīng)建造了一艘無人遙控掃雷艇，但其技術(shù)早已經(jīng)落伍。2002年我過北方某基地裝備通信修理廠將一艘退役導(dǎo)彈快艇改裝為無人遙控靶船，通過遠(yuǎn)距離的遙控指揮，實(shí)現(xiàn)對(duì)靶船航速、航向、燈光信號(hào)識(shí)別等要素的戰(zhàn)術(shù)控制，2008年，中國航天科工集團(tuán)公司所屬沈陽航天新光集團(tuán)宣布，由該集團(tuán)研制成功的中國第一艘無人駕駛海上探測(cè)船“天象一號(hào)”目前正在青島，為北京奧運(yùn)會(huì)的青島奧帆賽提供氣象保障服務(wù)，目前從所見報(bào)道分析，我國對(duì)水面無人艦艇尚未進(jìn)行系統(tǒng)的研究，還停留在對(duì)現(xiàn)有艦艇改裝為遙控靶船任務(wù)的階段，在真正意義上的自主航行的無人艇方面，與歐美有著非常明顯的差距。但是在剛性充氣艇方面，我國有過多項(xiàng)相關(guān)研究。蟻口招發(fā)工程船務(wù)有限公司根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查和對(duì)歐美90年代充氣艇的充分研究，依據(jù)海上救生艇的設(shè)計(jì)要求和制造工藝要求，于1996年制定了“小鯨”牌充氣艇系列和充氣艇制造的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并于年末成功作出了一批樣艇和完成試航性能測(cè)定。隨著中國的崛起，特別是2000年北京取得奧運(yùn)會(huì)的申辦權(quán)之后，使用國產(chǎn)剛性充氣艇的呼聲很高。上海和福建曾經(jīng)有船廠嘗試生產(chǎn)剛性充氣艇，結(jié)果因?yàn)殛P(guān)鍵的技術(shù)和材料沒有過關(guān)而失敗了。到了2004年初北京準(zhǔn)備接棒奧運(yùn)，北京奧運(yùn)會(huì)的工作用艇也被提到了議事日程上來。北京奧運(yùn)籌辦委會(huì)呼吁國人生產(chǎn)自己的奧運(yùn)船艇，并列出了剛性充氣艇這個(gè)空缺項(xiàng)目，希望國內(nèi)有廠家能夠研制生產(chǎn)。作為南方最大的玻璃鋼船生產(chǎn)企業(yè)江龍船舶和招發(fā)船務(wù)聯(lián)手制造的這一艘植入法蘭西技術(shù)的剛性充氣艇，從外觀，內(nèi)在技術(shù)，都能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，可謂是一步登天[2]。我國還廣泛開展了對(duì)改進(jìn)滑行艇阻力性能的各種附加措施的研究，井取得了不少成果．如在滑行艇上加裝尾壓浪板或尾楔形板[3]．文獻(xiàn)[5]還推薦采用雙楔形板，它可以比通常的單楔形板獲得更好的減阻效果．文獻(xiàn)[6]則表明其耐波性也是良好的．華中理工大學(xué)楊素珍等人研究了滑行艇底面空氣潤滑的減阻效果，這是在滑行艇底部通過成排小孔導(dǎo)入空氣，使其附著底部浸濕表面，以減小摩擦阻力的措施，稱之為“導(dǎo)風(fēng)墊氣”(SAFACUB)技術(shù)，文獻(xiàn)[7]介紹了他們的研究成果。大量的研究集中在減少圓舭快艇阻力的措施上．很多文獻(xiàn)都討論了圓舭艇上加裝尾壓浪板的減阻效果，并分析了減阻機(jī)理．有些還利用實(shí)艇試驗(yàn)結(jié)果分折了尾壓浪板對(duì)推進(jìn)性能的影響．文獻(xiàn)[8]進(jìn)行了防濺條對(duì)圓舭快艇性能影響的研究．研究表明，在一定速度范圍內(nèi)，合理安裝防濺條有可能使阻力下降．這與NPL的研究結(jié)論是一致的[4]。關(guān)于滑行艇在波浪中運(yùn)動(dòng)性能預(yù)報(bào)方面，在zanin的非線性運(yùn)動(dòng)方程的基礎(chǔ)上，哈爾濱船舶工程學(xué)院的戴仰山等人提出了在規(guī)則波與不規(guī)則波中運(yùn)動(dòng)與彎矩預(yù)報(bào)方法．預(yù)報(bào)同時(shí)采用頻域與時(shí)域兩種方法計(jì)算，通過對(duì)系列62模型的計(jì)算．并將結(jié)果與Fridsma的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，表明在中等海況下．當(dāng)航速不太高時(shí)(V/≤4)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)預(yù)報(bào)與試驗(yàn)結(jié)果符合得較好，垂向加速度則稍差．其變化規(guī)律尚一致，而阻力增值則差別甚大。當(dāng)波高很大或航速很高(V/≤ 6)時(shí)，誤差較大，這可能是由于非線性影響甚強(qiáng)所致。同時(shí)計(jì)算還表明．頻域與時(shí)域計(jì)算結(jié)果的誤差是相當(dāng)?shù)模畯亩f明在中等海況及中等速度下．采用頻域計(jì)算是可行的。對(duì)于大波高及高航速時(shí)的強(qiáng)非線性影響目前尚無足夠精度的預(yù)報(bào)方法．關(guān)于圓舭快艇在波浪中的運(yùn)動(dòng)性能預(yù)報(bào)，海軍工程學(xué)院的彭英聲和董祖舜采用切片法KKJ法和STF法)對(duì)Fn ≤ ，并將結(jié)果與模型試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較。結(jié)果表明，即使對(duì)于如此高的航速．采用切片法預(yù)報(bào)縱向運(yùn)動(dòng)，仍可以獲得相當(dāng)滿意的結(jié)果．因此目前在中國．對(duì)圓舭快艇在波浪中的縱向運(yùn)動(dòng)響應(yīng)仍普遍采用切片法。CSSRC的顧懋祥等在計(jì)算砰擊響應(yīng)時(shí)計(jì)及了水彈性的影響．并采用時(shí)域方法，這樣可以更詳細(xì)地顯示砰擊的作用時(shí)機(jī)及范圍．但計(jì)算量顯著地增加了。此外，采用防濺條，或首壓浪條以及尾壓浪板等也可在一定程序上改善耐波性。在滑行艇的交船試航中偶有發(fā)現(xiàn)靜水中正直漂浮的艇在高速航行時(shí)產(chǎn)生橫傾的現(xiàn)象．經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)是由于艇體左右不對(duì)稱引起的，有的艇雖然艇體各部分的尺寸均在公差允許范圍之內(nèi)，但誤差均為同向，其影響疊加后就可能使艇傾斜．這類情況在實(shí)用中是不難解決的，最簡(jiǎn)便的辦法是改變舭防濺條尺寸以進(jìn)行調(diào)節(jié)。但也有些艇并未發(fā)現(xiàn)有不對(duì)稱超差而航行時(shí)傾斜，武漢船舶設(shè)計(jì)所李國佩等人對(duì)此進(jìn)行了研究[4]，他們的研究表明，有些艇在高速航行時(shí)，底都會(huì)出現(xiàn)負(fù)壓區(qū)，正是這一負(fù)壓區(qū)．引起負(fù)扶正力矩使穩(wěn)度下降，造成橫順。這就給艇底請(qǐng)行面形狀設(shè)計(jì)提出了附加要求，當(dāng)然對(duì)此尚需進(jìn)一步深入研究。海軍工程學(xué)院的張緯康等研究了滑行艇及圓舭快艇回轉(zhuǎn)時(shí)的橫煩及穩(wěn)性問題，提出了回轉(zhuǎn)時(shí)橫傾角估算公式，井進(jìn)行了實(shí)艇檢驗(yàn)。鑒于常規(guī)滑行艇耐波性不足，使用范圍受到很大限制．因此開發(fā)滑行新艇型，以提高其耐波性就成了滑行艇發(fā)展的趨勢(shì)。哈爾濱船舶工程學(xué)院的蘇永昌，趙連恩等研究開發(fā)了新式槽道型滑行艇[4]。此外，CSSRC及上海滬東造船廠都對(duì)深V型艇型進(jìn)行了研究，文獻(xiàn)[9]介紹了深 型艇的性能與設(shè)計(jì)特點(diǎn)。目前在我國研究高速水面無人艇具有十分重大的意義：第一：為順應(yīng)現(xiàn)代武器發(fā)展的歷史潮流，我國開展?jié)M足不同戰(zhàn)術(shù)使命需求的高速無人水面艇已迫在眉睫，現(xiàn)代武器系統(tǒng)正朝著智能化、無人化等方面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，無人艇正順應(yīng)這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。目前水面無人艇正處在飛速發(fā)展階段。無人艇已被公認(rèn)為未來爭(zhēng)奪信息優(yōu)勢(shì)，實(shí)施精準(zhǔn)攻擊，完成戰(zhàn)場(chǎng)特殊任務(wù)的重要手段之一，西方國家都十分重視該領(lǐng)域的研究，并逐漸在軍事和其他方面得到應(yīng)用。第二：無人水面艇作為一種新概念武器，與一般艦艇相比有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，它費(fèi)用比較低，應(yīng)用廣泛，順應(yīng)發(fā)展潮流。且能與大型艦艇相互配合，協(xié)同作戰(zhàn)，因此我國針對(duì)無人水面艇的研究、發(fā)展已到刻不容緩的程度。第三，研制和開發(fā)水面高速無人艇也是維護(hù)國家統(tǒng)一、保衛(wèi)國家主權(quán)的需要。我國是世界上唯一一個(gè)沒有實(shí)現(xiàn)國家統(tǒng)一的大國，為維護(hù)國家統(tǒng)一的臺(tái)海戰(zhàn)爭(zhēng)爆發(fā)的可能性始終存在。水面高速無人艇系統(tǒng)的建立，將在未來可能的臺(tái)海戰(zhàn)爭(zhēng)中為大部隊(duì)登錄掃清海上障礙、建立快速海上通道以及快速布置多個(gè)水面信息站點(diǎn)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)、電子干擾、信息中繼以集群方式對(duì)重點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行控制。發(fā)揮不可比擬的作用[2]。第四，未來戰(zhàn)場(chǎng)是信息戰(zhàn)，無人艇在這個(gè)領(lǐng)域中也有它的很多優(yōu)勢(shì)：無人水面艇在“軍事欺騙”任務(wù)中實(shí)現(xiàn)佯動(dòng)掩護(hù)；無人水面艇在“實(shí)體摧毀”目的下完成對(duì)敵殺傷；無人水面艇在“網(wǎng)電一體戰(zhàn)”環(huán)境下進(jìn)行組網(wǎng)聯(lián)通；無人水面艇在“指揮控制戰(zhàn)”模式下完成編隊(duì)指控?? 第五，無人艇其成本較低，風(fēng)險(xiǎn)比較小，可大批量裝備海軍，以較低的成本迅速彌補(bǔ)我軍在非對(duì)稱作戰(zhàn)體系中的不足，提高我軍在海上的作戰(zhàn)能力。如果形成產(chǎn)業(yè)規(guī)劃還能帶動(dòng)某一地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，為我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展供出一份力量。 本論文主要內(nèi)容有：（1）針對(duì)高速無人滑行艇的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及性能要求等開展調(diào)研分析，開展無人艇初步設(shè)計(jì)，確定主尺度、主要參數(shù)，以及其他功能模塊。（2）在此基礎(chǔ)上，利用Maxsurf軟件完成高速無人滑行艇的設(shè)計(jì)及流體性能的初步計(jì)算分析；（3）高效節(jié)能特種推進(jìn)器的選定，以及優(yōu)化推進(jìn)器，改善推進(jìn)效率。（4）以滑行艇前進(jìn)、升沉及縱搖運(yùn)動(dòng)為目標(biāo)開展滑行艇流體性能的初步分析，并考慮風(fēng)載荷因素簡(jiǎn)歷滑行艇三自由度運(yùn)動(dòng)預(yù)報(bào)模型；（5）編制運(yùn)動(dòng)預(yù)報(bào)程序，開展滑行艇三自由度運(yùn)動(dòng)預(yù)報(bào)，分析高速滑行艇的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。第2章 高速滑行艇maxsurf建模 滑行艇長L= 滑行型寬B= 滑行型深D= 設(shè)計(jì)吃水t= 靜止在水中的滿載排水水量Δ= 圖21四個(gè)視窗的模型截圖 圖22 縱剖面圖 圖23橫剖面圖 圖24半寬水線圖 圖25立體視圖排水量Displacement: 水線之下容量Volume: 進(jìn)水深度Immersed depth: 設(shè)計(jì)水線長Lwl: 水下濕表面積Waterplane area: 棱形系數(shù)Cp: 方形系數(shù)Cb: 中橫剖面系數(shù)Cm: 水線面系數(shù)Cwp: 浮心高度KB 每厘米吃水噸數(shù)TPc:: 用Hydromax建模分析計(jì)算，得到如下報(bào)告： Free to Trim Relative Density(specific gravity)= 。(Density = tonne/m^3)Fluid analysis method: Use corrected VCG Graph: (橫傾)Resultes: Resultes: Graph: 第3章 推進(jìn)器設(shè)計(jì) 噴水推進(jìn)裝置的研究可以追溯到300多年以前，1661年Toogood與Hayes就獲得了英國的專利。此后有關(guān)噴水推進(jìn)裝置的研究一直沒有停止過。英國皇家造船工程學(xué)會(huì)分別于1994 年1998 年2001 年和2004 年組織并召開了國際噴水推進(jìn)會(huì)議