基于频闪成像技术的MAV气动外形三维视觉测试(英文)

在目前的实验条件下虽已掌握了大量的气动外形测试数据和分析结果,但这些实验都是基于高速影像设备来完成物体运动记录的.为此,提出了一种基于频闪成像探测技术的柔性气动外形三维视觉检测方法,基于此方法,能够在不具备高速影像设备的条件下获取微小型飞行器(MAV)柔性气动外形的连续图像数据,使用尺度不变特征转换(SIFT)方法提取出描述表面纹理特性的特征点,在频闪图像中的各个不同位置依次进行搜索、匹配,找出特征点的同名点.为了提高跟踪精度,使用了RANSAC方法对误匹配对进行消降.实验结果表明,该方法不仅能实现柔性外形的形态学变化检测,而且能建立一幅频闪图像中不同位置上提取出的特征点之间的关系,从而计算出气动外形上特征点的运动轨迹.整个实验框架是基于双目立体视觉测量原理来满足检测与跟踪的高精度及可视性的.     

微型瓶标志自动印刷系统的研究与开发

目的研究开发一种微型瓶标志的自动印刷系统,能够对直径为4~8 mm的药丸包装用微型小圆锥、微型小圆柱瓶标志进行自动印刷。方法通过对微型瓶外形及其标志印刷条件的分析,进行印刷方式的筛选和工艺对比,确定系统的总体设计方案和基本组成。结果研究并解决了系统设计过程中上料振动盘、理料机构、传料机构、接料机构、印刷机构等关键技术问题,并设计了气动系统及PLC控制系统。结论实际使用情况表明系统工作状态良好,运行高效可靠。     

基于自由涡尾迹方法的大型风力机动态响应和尾迹研究

针对大型风力机,在当作柔性和刚性风力机时,可以通过气动和结构耦合动力学用来研究两者尾迹和载荷的区别。在设计和校核阶段,需要考虑风力机结构载荷影响的动态特性和气动性能变化。采用非定常自由涡尾迹方法计算尾迹形状和气动载荷。在考虑气动载荷、惯性载荷和重力载荷影响下,分析了叶片挥舞和摆振动态响应。采用模态法建立起风力机解耦动力学方程,并且进行数值求解该方程。结果表明:风力机考虑柔性变形后,对尾迹形状、动态响应和气动性能产生一定影响。这种柔性和刚体风力机的差异表明气动结构耦合效应对风力机的设计和性能计算具有重要意义。     

排式双翼布局低雷诺数气动特性计算研究

作为一种新型的气动布局形式,排式布局对低雷诺数流动具有较高的气动效率,适用于柔性可充气飞行器,比如充气式飞机或是高空飞艇。但是,由于前、后翼之间强烈的气动干扰现象,目前对此类布局的气动特性认识还十分有限。为了充分理解这种布局的气动特点,在前期风洞试验的基础上,开展了数值模拟工作,详细地研究了低雷诺数情况下翼型厚度、表面波纹状外形及后翼偏转角度等几何因素对此类飞行器气动特性的影响规律。计算结果表明,在计算的迎角范围内,排式布局能通过前后翼之间的气动干扰延缓或抑制机翼后缘处的流动分离,从而提高整体气动效率,因此排式布局在未来很适合应用于小型无人机或是飞艇等可充气式飞行器构型上。     

柔性关节空间机械臂奇异摄动自抗扰控制仿真研究

针对不同重力环境条件下考虑摩擦、关节刚度非线性与外扰影响的柔性关节空间机械臂的控制问题,提出了一种基于奇异摄动理论的自抗扰控制方法。首先建立了柔性关节空间机械臂在地面重力和空间微重力环境下的动力学模型;然后采用奇异摄动法将系统模型分为快变子系统和慢变子系统,针对快变子系统设计速度反馈控制律来抑制柔性关节的振动,针对慢变子系统设计加入前馈补偿的自抗扰控制器(ADRC)来抵抗系统的内外扰动,并对系统进行了稳定性分析;最后对设计的控制器进行了仿真验证与对比研究。仿真结果表明,采用该方法,在不同重力环境下柔性关节空间机械臂均能实现很好的轨迹跟踪和抖振抑制,且能有效抵抗内外扰动,系统具有鲁棒性。     

一种基于响应面的翼型鲁棒优化设计方法

针对不确定因素引起的翼型气动性能波动现象,探讨了翼型几何形状随机不确定波动对翼型气动特性的影响,并进行了减小此影响的鲁棒优化设计。引入类别形状函数变换(CST)方法可以大大降低设计变量自由度数目,以NACA0012翼型为例,进行了考虑翼型几何形状随机扰动的气动不确定性分析,发现几何形状的微小波动对升力特性影响很小。发展了一种基于响应面和遗传算法的鲁棒优化设计方法,能够高效的减小阻力及其波动的影响。计算结果显示尽管相对于确定性优化结果鲁棒优化阻力略有增加,但波动更小,气动性能具有更好的鲁 棒性。     

利用Simulink实现飞行体运动的虚拟现实

该文建立了某飞行体运动的Simulink的仿真模型，并利用虚拟现实工具箱（virtual reality toolbox）实现了对飞行体运动的虚拟现实。MATLAB的虚拟现实工具箱提供逼真的可视化和交互性进行模拟仿真，有利于复现飞行体真实的运动过程。     

柔性扑翼气动性能的数值研究

国内外对扑翼飞行的气动特性进行了大量研究,这些研究大多基于简谐扑动的刚性翼,然而大量观察发现鸟或昆虫飞行时,翅膀存在明显的柔性变形,这种变形对其气动性能具有显著的影响。该文针对一简化的二维柔性扑翼模型,采用数值求解N-S方程并耦合扑翼柔性变形方程的计算方法,研究了扑翼柔性变形对其气动性能的影响。结果显示扑翼的柔性变形改变了扑翼周围的涡结构,从而影响扑翼的气动性能;适当的柔性变形能延迟前缘涡的脱落,从而有效地改善扑翼的推进效率,但同时减弱了扑翼在低雷诺数环境中产生高升力的尾迹捕捉机制。     

关于小口径尾翼弹修正方法的研究

进行了小口径尾翼修正弹气动外形设计,并对其进行气动仿真,得出了阻力、升力、翻转力矩、导转力矩等空气动力数据.在分析小口径尾翼修正弹气动特性的基础上,对其大量气动数据进行方程拟合.通过气动和动力学仿真,模拟修正弹修正过程,对小口径尾翼修正弹飞行稳定性和修正能力进行分析.仿真结果表明,在满足全弹气动布局、飞行稳定、电机有效控制的条件下,经气动外形设计的小口径尾翼修正弹具有良好的飞行稳定性和修正能力.     

准流线型桥梁表面压力分布研究

桥梁的气动选型对于大跨度桥梁建设影响重大,准流线型桥梁断面具有较好的气动外形。为了进一步探究该种断面的气动特性,选取某个大跨度桥梁准流线型桥梁断面为研究对象,通过风洞试验测得模型表面风压分布,并分析其变化规律。结果表明:模型上表面前半部分存在明显的气流分离与再附;下表面仅存在分离过程,没有出现再附;模型上表面腹板和下表面左侧斜腹板存在较大脉动值,可能会对桥梁风致振动问题造成不利影响。     

基于matlab软件风力机叶片的数字化设计

本文以风力机叶片为研究对象,选用常用的NACA4412翼型,基于Glauert设计模型,利用matlab工具对一20KW风力机进行了叶片气动外形的设计,得到风力机叶片的外形参数。计算过程利用matlab能够简化繁琐计算便于修改参数,能够推广到其他产品的设计,为产品设计提供一定的依据。     

考虑二阶滑移流效应的微型气浮轴承-转子稳定性分析及其动态响应

考虑到微型气浮轴承的尺寸特征,选择二阶滑移流模型对Reynold方程进行修正.建立了微型转子-轴承系统的运动模型,利用线形轴承力得到系统的刚度和阻尼系数,进而得到转子系统的稳定转速.在转子受到扰动时,对不同转速的系统动态响应进行了数值模拟,并将连续流和滑移流的结果进行对比分析.在数值模拟中,采用有限差分法对修正的Reynold方程进行求解,并利用四阶龙格-库塔法对系统的运动方程进行求解.研究表明,滑移流效应使系统的动特性系数降低,进而减弱了微型转子-轴承系统的抗扰动能力,因此必须升高微型转子的转速来保持稳定工作.     

基于逆向设计的飞机气动外形重构

本文以通用飞机的逆向工程实践阐述了精密工业测量软、硬件在飞机气动外形逆向设计中的操作方法和步骤，归纳了适合飞机气动外形逆向设计的工作流程和处理技巧，并以机翼的外形逆向设计为案例，阐述了飞机气动外形重构中常出现的一些典型问题及解决方法。     

新干线列车头型的形性协同设计研究

目的 以空气动力学性能为导向对新干线列车进行外形特征提取,建立形性协同的拓扑外形设计方法,提升我国高速列车外形设计品质。方法 利用眼动实验对新干线列车外形数据库外形进行区域归纳与分析,得到车头外形鼻端部、前脸部、肩部、走行部四个重要区域;对新干线运营以来的16种车型按照四个发展阶段总结各区域造型的型线性状及变化趋势;结合头型各区域特征性状表现与气动性能的对应关系,建立针对我国列车设计的形性协同设计方法。结论 通过对列车肩部、走行部曲面转折,鼻端部扁宽造型,前脸部分司机室隆起幅度等特征的合理运用与调整,能在兼顾气动性能的同时提升列车外形设计品质。     

基于APDL的柔性结构动态特性智能设计研究

动态特性设计对提高恶劣环境下柔性结构的工作可靠性具有重要意义。本文对柔性结构的参数化有限元模型建立、动力学特性灵敏度分析及智能设计等问题进行了研究。利用ANSYS的内嵌式编程语言APDL和B-P神经网络模型对柔性结构的动态特性进行了设计。     

采用变防护网直径降低空调器室外机组的气动噪声

采用实验研究的方法,首次研究了某型空调器室外机组防护网对气动噪声的影响.测量发现,如果防护网钢丝后气流脱落涡频率在1000Hz附近,会引起空调器室外机组的气动噪声明显的增加.因此,空调器室外机组设计过程中,控制风扇出口气流速度与防护网钢丝直径的匹配,是降低空调器室外机组噪声的一种有效手段.     

真空管道高速列车气动噪声研究

为了探究真空管道高速列车气动噪声随着列车运行马赫数变化的分布规律,本文对真空管道交通(VTT)系统内高速列车气动噪声的研究主要采用理论研究和数值模拟相结合的方法。采用基于Lighthill声学分析法,建立高速列车的二维模型。运用流体软件FLUENT进行数值模拟,数值计算并分析了低压环境下真空管道内高速列车远场气动噪声的分布规律、频谱特性以及声压等声学指标;然后通过对数值模计算结果的后处理,对气动噪声数值规律总结。结果表明气流流速快、扰动作用强、脉动压力大、湍流活动剧烈的流线型车头为高速列车主要的噪声声源,即列车的气动噪声取决于列车表面脉动压力,脉动压力越强,声压值越大。     

基于音圈电机的柔性杆自抗扰LQR抑振控制算法研究

该研究将音圈电机作动的二重动力吸振器(dynamicvibration absorber, DVA)应用于柔性杆端部来实现振动抑制。为克服柔性杆本身容易受扰和DVA抑振带宽不足的问题，采用两个小型音圈电机构成主动式二重DVA,针对该DVA设计主动振动控制方法。首先，基于柔性杆的动力学等效建立了状态空间模型，在分析音圈电机的驱动特性后，采用线性二次型最优控制(linear quadratic regulator, LQR)反馈控制器最小化扰动通道的传递函数增益，结合非线性跟踪微分器同时滤波和提取微分信号；在此基础上，引入时变增益的扩张状态观测器对模型不确定性、高阶模态以及未知扰动进行补偿。对抑振效果进行仿真分析，结果表明基于音圈电机的二重DVA与自抗扰LQR控制器相结合，抑制柔性杆端残余振动，兼有强鲁棒性和抗扰能力。     

尺蠖驱动器箝位机构的优化设计

箝位机构的性能直接影响尺蠖驱动器的性能,为满足尺蠖驱动器箝位机构输出力大、响应速度快和结构紧凑的工作要求,设计了单切口柔性铰链桥式箝位机构.该柔性机构的设计必须综合考虑机构的静动态特性,为此,建立了该机构的理论模型,通过刚度和固有频率的试验测试以及有限元分析,发现结构紧凑的小尺寸桥式柔性机构的理论模型误差较大,很难建立简单精确的理论模型.因此,利用有限元法研究了该柔性机构各几何参数对其静动态特性的影响,并通过改变该柔性机构的几何参数,实现对该柔性机构的静动态特性进行优化,以达到设计要求.结果表明它是一种简单有效的桥式耦合柔性机构的优化设计方法.     

基于数论网格法与Morris法的翼型气动特性敏感性分析

针对在风力机翼型气动特性敏感性分析中计算效率较低的问题，提出了一种基于数论网格（number theoretic net，NT-net）法与Morris法的翼型气动特性敏感性分析方法。首先，构建了拟合精度较高的翼型参数化模型；其次，阐述了NT-net法的计算原理，采用NT-net法对翼型参数化模型的多项式系数进行抽样；然后，以风力机翼型S832为研究对象，采用Morris法进行翼型气动特性的全局敏感性分析；最后，进一步分析在特定工况下风力机翼型参数化模型的多项式系数对翼型外形及气动特性的影响。结果表明：影响翼型气动特性的主要因素依次为翼型的最大相对厚度和最大相对弯度、前缘半径和后缘厚度；当来流攻角较小时，最大相对厚度和最大相对弯度取适当的较小值、前缘半径取适当的较大值可有效增强该工况下风力机翼型的气动特性，同时也验证了NT-net法的计算效率更高。研究结果为风力机翼型气动设计提供了理论参考。