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1、第39卷第2期2010年4月船海工程SHIP&OCEANENGINEERINGVoL39No．2Apr．2010DOI：i0．3963／j．issn．1671—7953．2010．02．031潛艇水下破損定深操縱方法仿真研究郝英澤，胡坤。劉百順(海軍潛艇學(xué)院作戰(zhàn)指揮系，山東青島266071)摘要：分析自動舵垂直面定深控制系統(tǒng)及以均衡為目標的吹除方法，提出針對潛艇不同艙室破損升降舵的操縱方法及壓載水艙的吹除方法，通過實例仿真驗證提出的操縱方法的有效性。關(guān)鍵詞：潛艇；操縱；均衡吹除；定深控制中圖分類號：U664．82文獻標志碼：A文章編號：1671—7953(2
2、010)02-0111—03在戰(zhàn)爭環(huán)境中，潛艇面臨來各種反潛武器的威脅，一旦破損進水后果非常嚴重[1]。從各國潛艇目前的設(shè)備性能和訓(xùn)練水平看，有必要進一步提高艇員應(yīng)對破損進水的能力。當海面有敵情限制，同時海區(qū)深度接近或超過潛艇的極限深度，潛艇在水下發(fā)生破損進水，應(yīng)考慮定深控制。加強對破損潛艇定深控制的研究，對提高潛艇生命力和戰(zhàn)斗力都具有重要意義。1破損進水潛艇水下定深控制操縱方法破損進水潛艇實現(xiàn)水下定深運動需要滿足以下條件：破損位置在艙室底部，通過向艙室供氣最終能抑止進水；破損面積小于臨界破損面積；采用合理的吹除方式；有效地操縱好升降舵。1．1升降舵的操縱控
3、制方法自動舵深度保持系統(tǒng)中，包含了PID控制和仿人智能控制兩種實現(xiàn)過程[2]。PID控制用于潛艇垂直面運動控制具有較高的可靠性，這是其他控制技術(shù)無法比擬的。仿人智能控制(HSIC)是一種智能控制方法，其基本算法也非常適合潛艇運動控制，當深度和縱傾偏差趨于增加或沒有穩(wěn)定在設(shè)定的區(qū)間內(nèi)時，調(diào)用比例和微分控制模態(tài)，操縱升降舵，于是產(chǎn)生對潛艇運動狀態(tài)的驅(qū)動效果，使?jié)撏У倪\動狀態(tài)向目標狀態(tài)漂移；當深度和收稿日期：2009—04—02修回日期：2009-05-25作者簡介：郝英澤(1963一)，男，學(xué)士，副教授。研究方向：潛艇構(gòu)造及操縱。E-mail·Haoyze@qq
4、．C01TLcn縱傾偏差向減小方向變化或為零時，停止操舵控制，即保持舵角為一常值。由于PID控制和HSIC控制的特點不同，在定深時交替使用PID和HSIC控制可以實現(xiàn)穩(wěn)定定深運動控制。根據(jù)控制目標預(yù)先設(shè)定一個深度波動范圍，如某目標深度上下3m。當深度差超過允許的深度波動范圍時，選擇PID控制使之可靠、迅速、穩(wěn)定地回到平衡位置；當深度差在允許的深度下限范圍內(nèi)時，用HSIC控制保持潛艇深度。算出浮力差和力矩差后，系統(tǒng)接著算出最小縱傾平衡角，指示HSIGPID控制系統(tǒng)控制的目標位置。所謂最小縱傾平衡角是指在使?jié)撏幱诙ㄉ钸\動的首尾舵角和縱傾角的組合中，首尾舵角在允
5、許范圍內(nèi)而縱傾角最小的那組組合[3]。PID控制舵角數(shù)值由深度和縱傾的比例及微分信號決定。1．2均衡吹除吹除水艙可以產(chǎn)生正浮力，同時產(chǎn)生不同的縱傾力矩。忽略其他因素，以第一時間浮出水面為目標的吹除稱為應(yīng)急吹除；以均衡潛艇由于進水、舵卡或其他原因突然引起的大數(shù)值的不平衡力和力矩為目標的吹除方法稱為均衡吹除。在均衡吹除時，根據(jù)不同艙室的特點選擇吹除方法，目標都是防止出現(xiàn)大縱傾。首部艙室進水容易形成首傾，對潛艇造成危險，吹除時主要控制首傾。中部艙室進水引起的縱傾不大，定深控制時主要控制運動慣性。尾部艙室進水容易形成尾傾，主要防止出現(xiàn)大的尾傾L4]。通過仿真，得出某
6、型潛艇破損進水均衡吹除控制方法如圖1～3。在首、中、尾部艙室分別取一艙、三艙、六艙為例。111第2期船海工程第39卷一囪囪區(qū)一囪囪醫(yī)圖3六艙進水均衡吹除方法2實例仿真以操縱控制實例檢驗均衡吹除方法用于定深控制的效果。假設(shè)某型潛艇初始深度為i00ITI，主航進一，艙室底部海水管路破損，破損面積為100cm2，使用2～7組高壓氣瓶供氣，初始壓力20MPa，1、8組初始壓力25MPa，抗沉方案是水下80m定深航行。1)啟動自動操舵功能，并發(fā)“上浮至80m”的指令給升降舵系統(tǒng)；2)啟動速浮吹除保護；3)當艇出現(xiàn)明顯上浮趨勢時，改速浮吹除為均衡吹除；4)向破損艙室供氣
7、，當艙室壓力接近舷外壓力時停止。仿真得出一艙、三艙和六艙破損進水時的操縱控制曲線見圖4---6，先正后負的曲線代表尾舵角。仿真結(jié)果表明上述操縱方法比較有效，能迅速到達預(yù)定深度，并穩(wěn)定可靠地控制在指定深度。112—20弩10蓬。進一10術(shù)一20—20蓬：竺一80—10020。10釜。番一10—20§10蓬。篷一10束一20一20囊：竺一80—100??j??j??L?j?～塑避--一12?．99?f(rTi．：?s-I一)一：：：：：：：#—p??-十??·{??-·t／sa)升降舵角與時問曲線．．-。．．．～．，·‘-‘J·，···-。。：??·十??。。：
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