5iMX.com 我爱模型 玩家论坛 ——专业遥控模型和无人机玩家论坛（玩模型就上我爱模型，创始于2003年）

标题: RC潜水艇principle of radio control submarine 原理（力学、运动学、遥控选择及讨论) [打印本页]
作者: aerodynamics    时间: 2010-7-6 16:56
标题: RC潜水艇principle of radio control submarine 原理（力学、运动学、遥控选择及讨论)
1、问题的关键————浮力
      浮力———流体对进入其中的物体的向上的静水总压力；

   浮力的大小：浮力定律：
            
        浮力的大小等于浸入其中的水所排开的受到的重力



ρ为流体密度


[ 本帖最后由 aerodynamics 于 2010-7-10 15:11 编辑 ]
作者: aerodynamics    时间: 2010-7-6 17:00
2、Rc sub结构的分类

   这个问题非常重要，直接关系到下潜方式的选择、艇内结构、元件选择及安置
目前有两种：单壳（帖子：雪碧瓶潜艇、立白号及小弟的636）
                        双壳（帖子：6633、CIXIP的海浪、sharklord的GaTo）
           真真实潜艇中还有单双壳混合的，不过这种设计在RC sub上纯属脱裤子放屁
（感谢sup111及liverpool（老孤）的图片）

[ 本帖最后由 aerodynamics 于 2010-7-6 18:35 编辑 ]
作者: aerodynamics    时间: 2010-7-6 17:16
3、潜艇是如何潜水的
这是多数小朋友们最关心也最高不清楚的问题
先从问题的一开始说起----水面状态
         不用说，水面的潜艇和一艘船没什么两样，用牛顿第一定律来说就是纵向平衡状态，根据1的讨论，必有：
   
(见图）


Vp 为水面状态水线以下排水量，m为水面状态艇重（质量），m包括以艇壳为边界的所有艇内质量
此时可见船在正常状态（沉船不算）质量总与排水（质）量相等，所以船重总是用排水量来衡量的，这个指标对RCsub同样有用

[ 本帖最后由 aerodynamics 于 2010-7-7 13:03 编辑 ]
作者: aerodynamics    时间: 2010-7-6 17:33
在水下时，上式同样成立，此时显然可见Vp=艇体体积，且为常数，因为所有体积都在水下
都用排水量来衡量时M2>M1，M2为水下排水量，M1为水上排水量
要想使艇从水面进入水下，必须实现有M1到M2的变化，也就是必须至少在效果上增加艇壳的等效质量，
现在有两种思路：a、向艇壳内引入水；b、用一个装置产生竖直方向的向下的附加力

[ 本帖最后由 aerodynamics 于 2010-7-6 18:34 编辑 ]
作者: aerodynamics    时间: 2010-7-6 17:41
对于a则要求引入水的质量m小于等于r(Vt-Vp),r为水密度，Vt为艇体体积，Vp为水面排水体积。
于是就需要一个内置水柜，并且可见水柜容积应大于等于(Vt-Vp)，实现此式的装置有唧筒、气囊、硬水柜、水泵，其中气囊和气泵被称做气动式下潜，气动式硬水柜最接近真实潜水方式
在这里有个负浮力的概念，为（M2-rVt），实际情况并不为零，就称作负浮力，可正可负，不过如小于零太多，潜艇是不会下前的

[ 本帖最后由 aerodynamics 于 2010-7-7 13:08 编辑 ]
作者: aerodynamics    时间: 2010-7-6 17:51
对与b则要求使用流体动力
玩过飞机的人对伯努利定律应该不陌生，p为流体静压力，平方项为动压，对于偏向角不为零的舵面，基于此定理将产生静压力差（数学推导见后文，见动画），具体被采用的形式有尾舵及使用纵向安置的螺旋桨

[ 本帖最后由 aerodynamics 于 2010-7-6 18:09 编辑 ]
作者: aerodynamics    时间: 2010-7-6 18:10
4、RC潜艇的水下运动（其实真潜艇也是这样）
这个问题式刚体运动学问题，所哟自然就质心运动方程和质心转动方程
J为水下艇体转动惯量，计算方法复杂，其实在估计的程度可以不计算；
MfD1及MfD2为首尾舵力矩，遵循右手叉乘法则，在rd1约等于rd2时，转动效率及稳定性就取决与Fd1及Fd2，而这两个力又取决于航速与舵角；
Fm为粘滞摩擦阻力，遵循牛顿粘滞性定律，Fyc为压差阻力（形阻）
下面对3中提出的两种如水方式分别作讨论
（第一张水面状态的图有问题，在水面是浮心与重心不重合，一般是在浮心下方）

[ 本帖最后由 aerodynamics 于 2010-7-7 13:11 编辑 ]
作者: 张笑天    时间: 2010-7-6 18:26
搞这么多理论
作者: aerodynamics    时间: 2010-7-6 18:32
原帖由 张笑天 于 2010-7-6 18:26 发表
搞这么多理论

以前和老孤说过要来点数学的:em05:
作者: aerodynamics    时间: 2010-7-6 18:36
A、水柜式（气泵、水泵）
由前面讨论可知，此时引入水的质量m大于等于r(Vt-Vp),r为水密度，对气囊而言在被气泵充气前后气囊体积变化应大于等于(Vt-Vp),对硬水柜而言充气前后水体积差也应大于等于该值，注意此时引入水过多则会达到坐沉的效果
在水柜注水到悬浮状态实，艇有水面进入水下，以后的沉浮则取决于平舵的舵效（推导见图）
对于像真艇，Ft.>>f,则只需考虑舵力FD
所以直观来看航速v是影响F的主要因素，此外还有影响u的舵角，一般是舵角越大u越大

当首尾舵力（可以发现他们是反向的）差不为零（不相等）时，就能对在水中悬浮处于平衡态的艇体施行上浮下潜控制，运动方向就在于其差值方向的选择，
同时首尾舵力的力矩也会因质心在艇上的移动（抚养姿态变化时）而大小不同，从而影响到俯仰姿态，进而影响到上浮与下潜。
所以使得潜艇在不同深度运动的因素不是只有水柜中的水这么简单，同时还有舵力及其力矩这两个因素
以后我还会做一个简易的原理演示

[ 本帖最后由 aerodynamics 于 2010-7-7 13:14 编辑 ]
作者: fengsheng2007    时间: 2010-7-6 19:08
:em17:
作者: aerodynamics    时间: 2010-7-6 19:12
B、舵力下潜（动态）
这种潜艇必定是经过精密配重的，基本处于悬浮状态（rVt-m小于等于10g），依靠舵力入水后，其运动完全由运动方程决定，此处不再赘述

[ 本帖最后由 aerodynamics 于 2010-7-6 19:15 编辑 ]
作者: aerodynamics    时间: 2010-7-6 19:18
现在先讨论运动的问题，以后逐步会写到遥控、设备，欢迎大家参与讨论拍砖
作者: 我爱JET    时间: 2010-7-6 19:35
:em26: :em26: :em26:
作者: yglhy    时间: 2010-7-6 19:41
楼主讲的太深奥了 我想我就知道点简单的就行了 实在没必要罗列这么多公式  好像回到了学校 :em15:
作者: sup111    时间: 2010-7-6 19:41
好好好，这帖子帮助太大了
作者: aerodynamics    时间: 2010-7-6 19:48
原帖由 sup111 于 2010-7-6 19:41 发表
好好好，这帖子帮助太大了

有用就好，有用就好，:em05:
作者: LongSword    时间: 2010-7-6 20:46
技术贴，，留名。
作者: niba3721    时间: 2010-7-6 20:52
学习了
作者: liverpool0    时间: 2010-7-6 21:47
原帖由 aerodynamics 于 2010-7-6 18:32 发表

以前和老孤说过要来点数学的:em05:


aerodynamics 大大
你发的原理与公式都是好东西，正是我们RC潜艇粉丝们所需要的，十分感谢！:em26:
不过有一点我不太明白，为何你喊我老孤，我在我的QQ群里的名字叫水下幽灵。你是不是把夜雨孤狼当作是我啦。哈哈！
作者: htaorange    时间: 2010-7-7 10:02
技术贴，没有勇气看完:em15:
作者: yaibaby    时间: 2010-7-7 10:21
:em15:
作者: 51diytool    时间: 2010-7-7 10:47
太高深了。。。看来模型也不是谁都能玩的转的。
作者: aerodynamics    时间: 2010-7-7 13:06
原帖由 liverpool0 于 2010-7-6 21:47 发表


aerodynamics 大大
你发的原理与公式都是好东西，正是我们RC潜艇粉丝们所需要的，十分感谢！:em26:
不过有一点我不太明白，为何你喊我老孤，我在我的QQ群里的名字叫水下幽灵。你是不是把夜雨孤狼当作是我啦。 ...

呃，好像是啊...:em23: 原来你不是雨夜孤狼啊，姑且就则么叫吧，呵呵
作者: F95    时间: 2010-7-7 13:26
图画的没的说
作者: yyqop01    时间: 2010-7-7 14:05
没有发完吧？
作者: liverpool0    时间: 2010-7-7 20:59
原帖由 aerodynamics 于 2010-7-7 13:06 发表

呃，好像是啊...:em23: 原来你不是雨夜孤狼啊，姑且就则么叫吧，呵呵


哈哈，其实想起来，我也算是老孤了，因为在我这里做潜艇模型的就我一个。出去玩潜艇的时候也只有我一个。所以也算是孤独的SUBER了
:em15:
作者: zgchen    时间: 2010-7-7 22:53
标题: 不错的潜艇理论，再多些实例就更好了
:em15:
作者: qwexyz    时间: 2010-7-8 09:42
:em26:
作者: 足行天下    时间: 2010-7-8 09:58
:em26:
作者: cz4981276    时间: 2010-7-8 20:05
:em26:
作者: 273243103    时间: 2010-7-8 21:39
:em26:
作者: 想我吗想你    时间: 2010-7-9 05:22
:em26: :em26: 你是物理老师吧:em22:
作者: aerodynamics    时间: 2010-7-10 12:51
5、动力组的问题
RcSub是电船，电机驱动螺旋桨，螺旋桨叶片依靠伯努利定律受到流体推力，同时由动量守恒可知，流体也必被向后推，船就动起来了。
真实潜艇的螺旋桨是很有技术含量的东西，材料上的、外形上的；因为他尺寸很大，雷诺数Re就很大，各种效应如层流到湍流的变化、流体静压力过小时流体气话相变时的空泡问题等都会影响螺旋桨的工作。
对RcSub而言Re很小，所以问题就大大简化了，通常这种程度桨完全可以自制，当然为了像真也可以购买老孤（liverloop）的桨。
下面准备说明一下RcSub的水中动力特点，可以作为选择电机电调的指标
a、电功率P（电调电压U乘以电调电流I，注意不是最大电流，一般为电机工作电流）==电机输出功率==螺旋桨输出功率==阻力F乘以航速v，F需另为计算，以上等式忽略热损耗
b、电机与桨转速一样；
c、螺旋桨等于电机扭矩（传动比为1），有减速时，乘上传动比A，若A>1，则电机最高转Wm速将大于桨的，电机永远不会超负荷工作，若A<1，则电机以Wm运转时，输出功率必大于额定功率
本人一般都是直趋驱，一来简单，二来问题也不大，不过想制造水下快艇的除外:em15:


[ 本帖最后由 aerodynamics 于 2010-7-10 13:59 编辑 ]
作者: aerodynamics    时间: 2010-7-10 14:02
6、遥控（至少需要四通道）
目前用的都是Radio wave，这一过程电磁波要经过空气--水介质，空气介质遥控器已经十分成熟，不再讨论
此处仅对由水介质出现而引起的变化加以说明，主要有两个问题：
a、电磁波强度的衰减；b、调制电磁波的失真

[ 本帖最后由 aerodynamics 于 2010-7-10 15:31 编辑 ]
作者: aerodynamics    时间: 2010-7-10 14:13
对于a是影响遥控频率选择的重要因素，下面给出衰减深度公式，供大家自己计算选择
由经典电磁理论可知，有电导的物质在电磁波界面入射时波矢会变成复数（如图）其中a即为引起衰减的因子。
由于B/E=1/c(c为光速），所以忽略磁场，水中电场E分布为：
（如图）E0exp（-az）即为衰减因子，可见信号强度随深度指数衰减，到一定程度时没信号了，就失控了（如图）


[ 本帖最后由 aerodynamics 于 2010-7-10 14:35 编辑 ]
作者: aerodynamics    时间: 2010-7-10 14:36
通常取1/a作为穿透深度
由电磁理论可以解出a与B，此处略，结果为：
（如图）
参数介绍：（如图）35MHz为4.02m

[ 本帖最后由 aerodynamics 于 2010-7-10 15:24 编辑 ]
作者: aerodynamics    时间: 2010-7-10 14:59
b、水对电磁波有色散的效果，彩虹就是个很好的例子，
遥控信号是调制在载波上以波包的形式传播的，由傅立叶分析可知，这样的波包是由不同频率的谐波叠加成的，在水介质中，每个频率成分波速都不同（色散），可以想见在经过一定时间后，各成分不再保持相对静止，从而叠加波包变形，信号失真，潜艇失控
不过各位模友的大量实践已经证明，这个现象其实很弱，目前小弟不能给出解释，因为这依赖于大量的实验 ，希望坛子里无线电通信工程方面的高人出来讲讲


[ 本帖最后由 aerodynamics 于 2010-7-10 15:21 编辑 ]
作者: aerodynamics    时间: 2010-7-10 15:09
另外，一直见坛子里有“超声波遥控”的呼声，我个人认为这里最大的问题就是声波色散，电磁波在水里传不远，但色散不严重，声波传的远，但是色散失真严重
但是话说回来，声纳这种东西的存在有说明这个问题是完全可以通过技术手段抑制的，但那很可能只在某些频段内（比如色散关系W（k)呈线性），不同的频段技术肯定各不相同，这但从理论上是不能处理的，必须依赖大量的实验，而RCSUB是小众，没哪个公司会花这笔没回报的钱，所以目前“超声波控制”就不要想了，当然国家行为除外
（希望坛子里有水声学的高人出来讲两句:em15: ）

[ 本帖最后由 aerodynamics 于 2010-7-10 15:20 编辑 ]
作者: ray2010    时间: 2010-7-11 08:45
好深奥啊
作者: gamegang    时间: 2010-7-11 16:40
:em26:
作者: 欢乐潜水艇    时间: 2010-7-11 19:09
此乃技术贴要支持的
作者: Linc.B    时间: 2010-7-11 19:48
深恶痛绝以前数学没学好！慢慢消化ing
作者: liufei0079    时间: 2010-7-13 17:27
能不能算下我27Mhz的可以到多少米？:em20:
作者: 老于    时间: 2010-7-13 22:12
:em26:
作者: hjy7476136    时间: 2010-7-13 23:17
哇~那个双雪碧瓶子的漂亮啊！！
作者: 神圣军医    时间: 2010-7-14 10:44
跪求一楼第一张图片潜艇的制作过程
作者: haiduk    时间: 2010-7-15 23:15
这贴要顶，想当初考流体力学那汗流浃背的样子，LZ是多门学科信手拈来啊
作者: sbihc119    时间: 2010-7-16 13:42
我想知道怎么才能让潜艇保持一定的深度
作者: 想我吗想你    时间: 2010-7-17 01:36
:em26: :em26:
作者: aerodynamics    时间: 2010-7-17 13:40
原帖由 sbihc119 于 2010-7-16 13:42 发表
我想知道怎么才能让潜艇保持一定的深度

潜艇定深的条件：悬浮
当运动到预定深度时，调节好姿态（一般平行于水面），然后停船，如果不漏水，艇就不会动了（静水）
作者: qweasdzxc123    时间: 2010-7-19 11:30
从理论到实践，再从实践到理论，完成一个提升过程，老鸟们就是这样过来的:em15:
作者: afox0810    时间: 2010-9-3 01:54
膜拜一下……谢谢……
作者: fjw1022    时间: 2010-9-18 14:53
楼主讲的太深奥了:em26:
作者: Diyer-TATRA    时间: 2010-9-19 20:03
请问那个雪碧瓶子的潜艇，能潜多深啊？里面要加压么？不然不会被海水压的变形么？
作者: aerodynamics    时间: 2010-9-22 17:26
标题: 回复 56楼 Diyer-TATRA 的帖子
那不是我做的，一般在一米之内是不用的，考虑到瓶子软些，加上更好
作者: polo163    时间: 2012-4-16 10:12
强帖留名啊
作者: biduoyao    时间: 2012-4-20 12:27
理论帝现身
作者: 赤诚Xie    时间: 2012-5-1 20:17
:loveliness: :em26: :em26: :em26: 慢慢看
作者: 浮云止水    时间: 2012-8-7 17:35
留名 以后慢慢看，楼主 你学什么专业的 我学机械制造自动化的  大4了 感觉你涉及到的知识还有我没接触的  求讲解啊 求教下
作者: 浮云止水    时间: 2012-8-7 17:37
标题: 求教
留名 以后慢慢看，楼主 你学什么专业的 我学机械制造自动化的  大4了 感觉你涉及到的知识还有我没接触的  求讲解啊 求教下
作者: xzmx123    时间: 2012-9-22 12:16
技术贴 太强大了 膜拜膜拜。。。
作者: pig884    时间: 2012-10-13 13:11
aerodynamics 发表于 2010-7-6 18:36
A、水柜式（气泵、水泵）
由前面讨论可知，此时引入水的质量m大于等于r(Vt-Vp),r为水密度，对气囊而言在被 ...

哇哇。。楼猪原来是砖家~~~~
作者: 福州小方    时间: 2012-10-14 20:25
学习
作者: 天之骄子    时间: 2012-10-28 16:41

作者: 阳光男孩i    时间: 2016-8-17 18:25
好贴顶起，学习学习！！！
作者: SPete    时间: 2018-8-29 10:34
好贴顶起{:1_34:}楼主学历高             理论结合实践技术

作者: 紫醉金迷    时间: 2018-11-23 12:39
学习了
作者: ypz    时间: 2018-11-26 17:45
作者: 276237807    时间: 2019-4-25 16:54
楼主，失控时自动上浮控制怎么解决啊？还有进水检测怎么做呢？
作者: 小小李鱼    时间: 2019-4-27 18:06
sbihc119 发表于 2010-7-16 13:42
我想知道怎么才能让潜艇保持一定的深度

计算层深密度质量，达到这一层深的质量密度就可以定深，具体操作要计算排水的量和艇在这一层深的密度质量，要用到唧桶，
作者: 小小李鱼    时间: 2019-4-27 18:11
临界值定深，到达某一深度艇悬停这时的浮力刚刚好比重力大一点点，就可以达到定深。
作者: FYO    时间: 2019-9-16 09:42
受教了！
作者: XY晓叶    时间: 2022-3-20 09:23
liverpool0 发表于 2010-7-6 21:47
aerodynamics 大大
你发的原理与公式都是好东西，正是我们RC潜艇粉丝们所需要的，十分感谢！:em26:
...

可以留个vx或群号么？


作者: 航母爱好者    时间: 2022-9-24 16:12
非常专业的东西，看不懂
作者: 一品知县大人    时间: 2022-9-24 17:16
航母爱好者 发表于 2022-9-24 16:12
非常专业的东西，看不懂

看不懂就对了




欢迎光临 5iMX.com 我爱模型 玩家论坛 ——专业遥控模型和无人机玩家论坛（玩模型就上我爱模型，创始于2003年） (http://5imx.com/) Powered by Discuz! X3.3