水下活塞机动力系统模型以往需要试验才能得到。基于数值仿真方法研究活塞机做功过程，考虑过膨胀现象对活塞机输出性能的影响，建立活塞机指示功计算公式。由指示功拟合公式推出活塞机输出转矩，减去系统辅机消耗的力矩，结合完全气体状态方程得到水下活塞机动力系统模型。根据该模型设计仿真程序和半物理仿真实验对比。数学模型的仿真结果与半物理仿真试验结果相对最大误差为5.28%。研究结果表明，采用数值仿真和理论推导相结合得到的水下活塞机动力系统模型可以代替试验用于水下动力系统特性研究的初步验证。
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