兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (5): 1402-1415.doi: 10.12382/bgxb.2022.1237
陈泰然1,2, 耿昊1, 王典1, 邱思聪3,*(), 孙旭光3
收稿日期:
2022-12-09
上线日期:
2023-07-02
通讯作者:
基金资助:
CHEN Tairan1,2, GENG Hao1, WANG Dian1, QIU Sicong3,*(), SUN Xuguang3
Received:
2022-12-09
Online:
2023-07-02
摘要:
为解决水陆两栖车辆水动力性能参数获取难度大、运动姿态预测慢等问题,设计一种两栖车辆水上运动特性实时仿真系统,实现仿真模型的驱动、运动姿态预测以及数据的监测和输出,通过动态流体-物体相互作用数值计算方法对车体动力学系数进行修正,提升了实时仿真系统的精度。在此基础上研制试验样车,对不同工况下实时仿真系统的准确性进行验证。试验结果表明:所构建的两栖车辆水上运动特性实时仿真系统兼具计算精度和计算效率,可以快速准确地预测车辆的运动姿态,适用于多种复杂工况,具有姿态预测的泛用性。新系统在两栖车辆研制阶段、驾驶员培训、半实物仿真演练、复杂环境模拟等方面具有较强的应用价值和应用前景。
中图分类号:
陈泰然, 耿昊, 王典, 邱思聪, 孙旭光. 水陆两栖车辆水上运动特性实时仿真系统研究[J]. 兵工学报, 2024, 45(5): 1402-1415.
CHEN Tairan, GENG Hao, WANG Dian, QIU Sicong, SUN Xuguang. Research on the Real-time Simulation System for Hydrodynamic Characteristics of Amphibious Vehicle[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(5): 1402-1415.
实体 | 阻力系数 | 浮力系数 | 升力系数 |
---|---|---|---|
前滑板1 | 0.80 | 1.00 | 1.50 |
前滑板2 | 0.80 | 1.00 | 1.50 |
车身1 | 1.00 | 1.00 | 1.00 |
车身2 | 0.00 | 1.00 | 0.50 |
车身3 | 0.00 | 1.00 | 0.50 |
车身4 | 0.20 | 1.00 | 0.50 |
车身5 | 0.00 | 1.00 | 0.50 |
车身6 | 0.00 | 1.00 | 0.50 |
车身7 | 0.20 | 1.00 | 0.50 |
车身8 | 1.00 | 1.00 | 1.00 |
前轮 | 0.60 | 0.90 | 0.75 |
后轮 | 0.60 | 0.90 | 0.75 |
后水翼 | 0.90 | 1.10 | 1.40 |
拉杆组1 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
拉杆组2 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
拉杆组3 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
表1 两栖车辆动力学系数设定
Table 1 Amphibious vehicle dynamics coefficient setting
实体 | 阻力系数 | 浮力系数 | 升力系数 |
---|---|---|---|
前滑板1 | 0.80 | 1.00 | 1.50 |
前滑板2 | 0.80 | 1.00 | 1.50 |
车身1 | 1.00 | 1.00 | 1.00 |
车身2 | 0.00 | 1.00 | 0.50 |
车身3 | 0.00 | 1.00 | 0.50 |
车身4 | 0.20 | 1.00 | 0.50 |
车身5 | 0.00 | 1.00 | 0.50 |
车身6 | 0.00 | 1.00 | 0.50 |
车身7 | 0.20 | 1.00 | 0.50 |
车身8 | 1.00 | 1.00 | 1.00 |
前轮 | 0.60 | 0.90 | 0.75 |
后轮 | 0.60 | 0.90 | 0.75 |
后水翼 | 0.90 | 1.10 | 1.40 |
拉杆组1 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
拉杆组2 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
拉杆组3 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
技术内容 | 指标要求 |
---|---|
车体尺寸(陆地状态)/mm | 1 665×820×600 |
车体尺寸(水面状态) | 2 800×820×600 |
全车整备质量/kg | 250 |
陆上最高时速/(km·h-1) | 14 |
水上最高时速/(km·h-1) | 20 |
推进器喷口最大转角/(°) | 20 |
轮胎驱动方式 | 电机独立驱动 |
试验车操控方式 | 平板远程遥控 |
全车防水等级 | 全车IP68 |
表2 试验车主要技术指标
Table 2 Main technical indicators of experimental vehicle
技术内容 | 指标要求 |
---|---|
车体尺寸(陆地状态)/mm | 1 665×820×600 |
车体尺寸(水面状态) | 2 800×820×600 |
全车整备质量/kg | 250 |
陆上最高时速/(km·h-1) | 14 |
水上最高时速/(km·h-1) | 20 |
推进器喷口最大转角/(°) | 20 |
轮胎驱动方式 | 电机独立驱动 |
试验车操控方式 | 平板远程遥控 |
全车防水等级 | 全车IP68 |
参数 | 实时仿真模型 | 两栖试验车 |
---|---|---|
整车尺寸(陆地状态)/mm | 1 665×820×600 | 1 665×820×600 |
整车尺寸/(减阻状态)/mm | 2 800×820×600 | 2 800×820×600 |
整备质量/kg | 250 | 250 |
推进器额定输出推力/N | 400×2 | 518.3×2 |
车轮额定输出转矩/(N·m) | 6×4 | 6×4 |
表3 物理参数对照
Table 3 Physical parameter comparison
参数 | 实时仿真模型 | 两栖试验车 |
---|---|---|
整车尺寸(陆地状态)/mm | 1 665×820×600 | 1 665×820×600 |
整车尺寸/(减阻状态)/mm | 2 800×820×600 | 2 800×820×600 |
整备质量/kg | 250 | 250 |
推进器额定输出推力/N | 400×2 | 518.3×2 |
车轮额定输出转矩/(N·m) | 6×4 | 6×4 |
编号 | 行驶 方向 | 加速 时间/s | 最高航速/ (km·h-1) | 组数 | 测量物理量 |
---|---|---|---|---|---|
Ⅰ | 南 | 4 | 3.75 | 4 | 航速、纵倾角 |
Ⅱ | 南 | 4 | 7.50 | 4 | 航速、纵倾角 |
Ⅲ | 南 | 4 | 11.25 | 4 | 航速、纵倾角 |
Ⅳ | 南 | 4 | 15.00 | 4 | 航速、纵倾角 |
表4 直线加速试验设计
Table 4 Design of linear acceleration test
编号 | 行驶 方向 | 加速 时间/s | 最高航速/ (km·h-1) | 组数 | 测量物理量 |
---|---|---|---|---|---|
Ⅰ | 南 | 4 | 3.75 | 4 | 航速、纵倾角 |
Ⅱ | 南 | 4 | 7.50 | 4 | 航速、纵倾角 |
Ⅲ | 南 | 4 | 11.25 | 4 | 航速、纵倾角 |
Ⅳ | 南 | 4 | 15.00 | 4 | 航速、纵倾角 |
编号 | 最高航速/ (km·h-1) | 矢量喷口 转角/(°) | 组数 | 测量值 |
---|---|---|---|---|
Ⅰ | 3.75 | 右20 | 3 | 航速、航迹 |
Ⅱ | 7.50 | 右20 | 3 | 航速、航迹 |
Ⅲ | 11.25 | 右20 | 3 | 航速、航迹 |
Ⅳ | 15.00 | 右20 | 3 | 航速、航迹 |
表5 回转试验设计
Table 5 Design of steering test
编号 | 最高航速/ (km·h-1) | 矢量喷口 转角/(°) | 组数 | 测量值 |
---|---|---|---|---|
Ⅰ | 3.75 | 右20 | 3 | 航速、航迹 |
Ⅱ | 7.50 | 右20 | 3 | 航速、航迹 |
Ⅲ | 11.25 | 右20 | 3 | 航速、航迹 |
Ⅳ | 15.00 | 右20 | 3 | 航速、航迹 |
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