RC潜水艇principle of radio control submarine 原理（力学、运动学、遥控选择及讨论)

aerodynamics

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 ]

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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 ]

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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 ]

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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 ]

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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 ]

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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 ]

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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 ]

张笑天

搞这么多理论

aerodynamics

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:

aerodynamics

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 ]

fengsheng2007

:em17:

aerodynamics

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 ]

aerodynamics

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

我爱JET

:em26: :em26: :em26:

yglhy

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:

sup111

好好好，这帖子帮助太大了

aerodynamics

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:

LongSword

技术贴，，留名。

niba3721

学习了

liverpool0

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！