舰炮含钳爪回转机构的伸爪运动特性研究

针对舰炮含钳爪回转机构运动问题,为获得机构的运动特性,通过模型简化、理论公式推导和算例分析,进行了间歇式含钳爪回转机构伸爪运动的理论与计算研究。以含钳爪回转机构为对象得到机构运动的简化杆件模型,根据伸爪运动过程中的杆件构型变化、多坐标系的转换关系和封闭矢量法进行了机构伸爪的运动学分析;通过机构伸爪受力分析、利用达朗贝尔原理和拉格朗日方程建立了机构伸爪的动力学方程;基于机构的几何参数与驱动参数,进行数学仿真软件MATLAB算例分析和多体动力学仿真软件ADAMS虚拟样机仿真实验,并对比运动分析的理论变化曲线和仿真变化曲线。结果表明：理论曲线与仿真曲线的变化情况基本一致,构型变化会影响机构的动力学特性,转角加速度在构型变化处存在突变现象,偏心销的存在会导致运动轨迹波动,但对定位误差影响较小;此外,偏心销能在减小加速度突变的同时会引起加速度振荡。     

轮腿混合机器人机械腿动力学建模与驱动预估

提出了一种可以同时实现迈步行走、有动力轮式机动、无动力轮旱冰式滑行3种运动方式的轮腿混合四足军用机器人,它采用一种基于3-UPS机构的6自由度并联机械腿,对并联机械腿进行了动力学建模与驱动参数峰值预估。通过矢量回路法推导出机械腿的机构传递映射模型,并建立了机构的雅可比矩阵;采用非保守系统的拉格朗日方程建立了机械腿的动力学模型,得到了驱动参数与机械腿的运动函数之间的显式方程。通过机械腿的动力学模型,对6个伺服电机的驱动转速、力矩进行了峰值预估分析,计算出各伺服电机中的最大理论转速为19.7 r/s,最大理论力矩为71 mN·m. 通过一个具体的机械腿设计方案和结构参数算例,分析了机器人按照“1-2-3-4”循环步态迈步行走过程中,其6个伺服电机的瞬时转速、瞬时力矩随时间的变化规律曲线,并计算出此算例的伺服电机最大转速为15.3 r/s,最大力矩为48.1 mN·m,均小于预估模型中的预估理论极限峰值,通过计算得出算例的伺服电机选型预估功率为77 W,算例结果证明了所建立的驱动参数峰值预估模型的合理性。     

连杆曲线模拟设计程序

本文是平面四杆机构运动模拟和连杆曲线模拟设计程序。根据设计者的构思,输入已知条件后,即迅速的在计算机屏幕上显示机构的运动情况和连杆曲线,设计者还可修改参数,直至满意为止。     

基于包络法的冗余机器人运动可靠性

为研究7自由度冗余机器人中连杆长度、连杆偏距及关节角对末端执行器运动可靠性的影响,提出一种基于包络法的运动可靠性分析方法。在获得机器人运动学误差函数的基础上,通过1阶泰勒公式将其线性化处理,并采用概率法得到末端执行器位置和姿态的失效模型。采用包络法将时变运动可靠性问题转换成时不变运动可靠性问题,找到轨迹中失效概率最大的点,引入协方差矩阵解析失效极值点与端点之间的内在关系,以多维正态积分计算得到机器人运动可靠度。通过仿真算例对所提方法的有效性进行验证。结果表明：包络法获得的结果与蒙特卡洛法的求解结果基本吻合,求解效率得到了较大的提升;与等效极值法相比,包络法的求解精度较高、鲁棒性较好。     

旋转体制下鸭式布局弹箭正弦打舵气动特性分析

为了研究鸭式布局弹箭正弦打舵滚转控制时非对称姿态飞行的气动特性,根据滚转周期内的飞行姿态建立了4组模型,进行风洞实验,得到全弹的气动力变化规律; 采用基于三维Navier-Stokes方程求解的时空二阶精度的隐式迭代算法,建立数值计算模型,对流场进行数值模拟,得到不同攻角下飞行时的弹箭各部件气动力数据。结果表明数值模拟气动力数据与风洞实验结果有相似的变化规律。采用后处理软件分析了鸭舵下洗对尾翼的影响,得到结论:鸭式布局弹箭鸭舵洗流对尾翼干扰明显,非对称姿态下鸭舵对尾翼的洗流会使弹箭产生诱导滚转力矩,且该滚转力矩随攻角增大而增大。     

基于GPS双天线的弹体姿态测量方法

针对舰载武器弹体飞行姿态信息难以实时准确测定的问题,提出采用GPS双天线配置方案来测量飞行弹体姿态的方法,该方法首先建立用于飞行弹体姿态测定的观测模型,结合对GPS载波相位信息求解基线矢量及整周模糊数解算的分析推导,通过坐标系的变换得到弹体的姿态信息。数值计算表明,弹体的俯仰角误差范围在±0.8°之间;偏航角误差范围在±0.7°之间,计算结果验证了模型和算法的有效性。     

捷联激光探测器组合GPS测量弹丸滚转角方法

针对激光半主动末段修正弹滚转角解算的问题,提出利用捷联激光探测器与弹载GPS组件的测量信息求解弹丸滚转角的方法。以理论计算得到的非滚转成像面上的目标成像点作为空中姿态对准的基准,结合激光探测器成像面上目标实际成像点,推导得到弹丸滚转角计算公式。利用蒙特卡洛模拟法仿真计算,分析弹丸在不同发射角下弹丸位置误差、速度误差和激光探测器测量误差对弹丸滚转角解算精度的影响。仿真结果表明：该方法对滚转角解算误差最大不超过4°;3种误差中,激光探测器测量误差对滚转角解算精度的影响最大。该方法满足精度和实时性要求,适用于低速滚转的激光半主动末段修正弹。     

旋转矢量在高动态全姿态飞行器运动方程中的应用

基于旋转矢量是表示角位置变化所对应的等效旋转而不是角位置本身这一基本思想,同时借鉴旋转矢量在捷联惯性导航算法中的应用,建立了将旋转矢量应用于高动态全姿态飞行器运动方程的数学框架。既克服了欧拉角法不适于全姿态解算的缺点,同时,相比于四元数法又提高了高动态角运动情况下姿态解算的效率。对旋转矢量法、四元数法和欧拉角法在数值解算中的不可交换误差进行了分析。据此,针对单通道具有高动态特性的轴对称飞行器,建立了基于准弹体系的旋转矢量法,提高了解算效率。基于某型滚转导弹运动方程的数字仿真表明了旋转矢量法在姿态解算中的有效性和广泛性。基于旋转矢量是表示角位置变化所对应的等效旋转而不是角位置本身这一基本思想,同时借鉴旋转矢量在捷联惯性导航算法中的应用,建立了将旋转矢量应用于高动态全姿态飞行器运动方程的数学框架。既克服了欧拉角法不适于全姿态解算的缺点,同时,相比于四元数法又提高了高动态角运动情况下姿态解算的效率。对旋转矢量法、四元数法和欧拉角法在数值解算中的不可交换误差进行了分析。据此,针对单通道具有高动态特性的轴对称飞行器,建立了基于准弹体系的旋转矢量法,提高了解算效率。基于某型滚转导弹运动方程的数字仿真表明了旋转矢量法在姿态解算中的有效性和广泛性。     

低阻空心弹流场特性研究

基于Navier-Stokes方程和单方程The Spalart-Allmaras湍流模型对低阻空心弹的超声速流场进行了数值模拟。模型求解技术包括用有限体积法进行空间离散,AUSM格式进行对流项离散,并采用网格自适应加密技术来提高对激波间断的分辩。得到了空心弹超声速湍流飞行条件下的复杂波系结构与阻力特性曲线,并讨论了空心弹在不同攻角与马赫数情况下的飞行特性。     

五坐标加工机器人刀具姿态及其六坐标联动

五坐标加工机器人采用闭环并联结构,各空间连杆与主轴相联.刀具中心和刀具主轴固联部件构成联动坐标系.求出控制轴与主轴部件铰接点中心坐标,以确定刀具加工姿态.用欧拉角(进动角ψ、章动角θ、为自转角Φ)确定刀具主轴方位.对应同方位,求出主轴部件6轴中2轴瞬时长度相等的位置,由伺服电机改变连杆长度调整主轴姿态,以1控制端同时控制2轴可实现6坐标联动.     

导弾起竖过程的载荷研究

基于导弹起竖过程中起竖机构的转动运动函数和转动微分方程，分别建立了该过程中由于重力所产生的系统重力矩计算模型，风向与起竖平面平行的风载荷计算模型，以及起竖油缸作用力的计算模型。考虑到计算模型的非线性和时变性，在Matlab/Simulink中采用变步长的Runge-kutta法对模型进行了仿真计算，得到了起竖角度、风作用力矩、起竖力等参量随时间变化的仿真曲线。通过对仿真曲线进行分析，对机构起竖过程中的转动角度、起竖油缸无杆腔流量、风载荷和起竖力等系统参量的特性有了定量的认识。研究结果可以为起竖液压和控制系统的设计和优化提供参考。     

潜艇平行航向齐射两枚鱼雷时相对目标方位开角研究

舰艇对潜艇平行航向齐射两枚鱼雷的方位分辨能力对水声对抗指挥决策具有重要影响。在研究潜射自导鱼雷平行航向齐射组织方法的基础上,建立了潜艇齐射两枚鱼雷相对舰艇目标方位开角的数学模型,对不同对抗态势和战术条件下齐射两枚鱼雷相对舰艇开角大小及其影响因素进行了计算分析。结果表明：齐射两枚鱼雷相对目标方位开角与来袭鱼雷报警距离、鱼雷的齐射时间间隔、优化系数、鱼雷的自导性能等因素有关,在通常的战术条件下齐射两枚鱼雷相对目标的方位开角在3°~7°之间,现有舰艇声纳难以准确分辨出齐射的两枚鱼雷,通常只能按一批鱼雷目标进行报警和对抗。     

滑移爆轰作用下飞板运动规律的特征线差分法研究

根据二维定常流的理论和稳定爆轰的基本假设推导了通用状态方程的特征线相容关系,利用此方法对滑移爆轰中飞板的运动规律进行了研究。对比分析了多方方程和通用状态方程特征线法在TNT和乳化炸药爆轰作用下飞板的飞行参数;研究了两种方法在不同质量比下飞板的抛掷姿态曲线,并对其计算结果进行了对比研究。通过与二维Richter公式的计算结果进行对比,证实了通用状态方程计算结果的正确性。研究结果表明:通用状态方程的特征线法计算得到的抛掷角和竖向位移小于Richter计算公式得到结果,且最大相差9%,恰好符合Richter公式计算结果往往偏大的特征。     

基于L1 自适应控制的飞机操纵面故障重构

针对飞机操纵面故障及传统的模型参考自适应方法动态性能欠佳的问题,提出了一种基于L1自适应控制理论的飞翼无人机横侧向滚转角重构控制方法;该方法将操纵面故障引起的模型参数的变化视为模型不确定性,将三轴间的交联耦合处理为外部干扰;通过选择合适的自适应律和低通滤波器,使L1自适应重构控制器同时满足快速自适应性和鲁棒性;针对操纵面发生漂浮、完全损失及卡死等故障进行了仿真.仿真结果表明:控制器可使跟踪误差快速收敛且动态性能良好,所提出的重构方法可用于操纵面故障的重构控制.     

凝聚相炸药拐角爆轰的数值模拟

基于多介质可压缩流体方程和炸药反应速率方程构建了三维凝聚相炸药爆轰的物理模型,建立了适用于多相爆轰混合反应区计算的热力学平衡迭代方法并开发了高效稳定的爆轰并行模拟软件,基于对比试验验证了物理模型、数值方法和软件模块的正确性。通过数值模拟不同拐角的爆轰过程,重点研究了凝聚相炸药拐角爆轰的波阵面结构、流场与化学反应的相互耦合和拐角处的二次起爆机理。结果表明,PBX9404炸药135°拐角比90°拐角衍射范围更大,波阵面结构受到当地流场波速的影响;爆轰波绕过拐角后由于流场涡流作用导致化学反应与前导激波解耦,形成临时"死区",随着拐角增大,拐角死区范围扩大;死区二次起爆的关键是混合反应区回爆波的作用时间大于拐角区域起爆的临界诱导时间。     

无网格算法在膛口流场数值模拟中的应用

采用无网格算法对二维非定常膛口流场进行了数值模拟.将膛口计算域进行点云离散,采用曲线拟合计算传播导数,用HLLC格式计算数值通量,运用龙格库塔法时间推进,得到了一系列随时间顺序的数值计算结果,描述了膛口流场的形成发展过程,清楚地显示了流场波系结构的变化并对其进行了分析.计算结果与文献及实验结果相符,表明该数值计算方法可...     

平面组合连杆机构的多目标优化设计及仿真

为使平面连杆机构满足运动平稳、传动效率高、结构尺寸小等多重要求，对某高频率工作的四连杆机构与曲柄滑块机构组成的组合机构建立了模型，以杆长比为设计变量，以加速度绝对值的最大值、压力角最大值及连杆长最小为目标函数，应用统一目标法的线性加权和法，对其各杆长度进行了多目标优化设计，得到了最佳机构。并应用Matlab／Simulink软件，对优化后的机构运动特性进行了模拟仿真。仿真结果表明，优化后的机构具有较好的运动特性，可满足各项要求。     

切换通信拓扑条件下的无人机集群构型变换控制

研究了在切换通信拓扑条件下的无人机集群构型变换控制问题。基于一致性控制理论,对具有2阶积分特性的无人机集群设计了构型变换控制协议,为使无人机集群能够实现特定构型变换并保持特定速度,在控制协议中引入编队参考向量。给出了在通信拓扑切换情况下无人机集群实现特定构型变换并保持特定速度的充分必要条件。在通信拓扑图保持连通的条件下,利用Lyapunov稳定性理论证明了无人机集群系统稳定性,并利用代数黎卡提方程理论给出了控制协议中参数矩阵的设计方法。数值仿真结果验证了所设计的控制协议有效性。     

对置活塞轴向发动机同步运动机构空间圆柱凸轮的设计与优化

针对对置活塞轴向气缸结构的二冲程发动机,开展了对置活塞空间圆柱凸轮同步机构优化设计研究。为提高对置活塞发动机的性能,建立空间圆柱凸轮模型,对压力角、空间圆柱凸轮型线进行优化设计,进而得到发动机活塞的最佳运动位移曲线。利用发动机性能仿真软件GT-power,计算了不同活塞位移曲线下发动机的性能参数,分析活塞运动位移曲线对发动机性能参数的影响规律。计算结果表明：优化设计后的空间圆柱凸轮型线可以改进活塞运动位移的变化规律,进而提高发动机动力经济性能;随着活塞运动位移曲线的变化方向,发动机的性能先有所提升,而后开始下降,得出对置活塞发动机同步运动机构圆柱凸轮的优化设计方法。