液压驱动仿生推进器运动特性的数值仿真

奇鳍/对鳍(MPF)模式的波动鳍有着许多出众的优点,其推进性能受自身结构及波形变化规律的影响较大。根据液压驱动的仿生推进器运动学模型,从理论上分析了液压参数对波形参数的影响。在Matlab软件中,搭建了仿生推进器液压系统的运动仿真模型,研究了液压系统参数对多个波动鳍波形参数之间关联影响,提出了消除波形参数关联变化的补偿方法。研究了仿生推进器在启动、停止过程中波形参数的变化规律。开展了液压驱动的仿生推进器装置的相关试验,验证了前面分析得出的结论。对仿生推进器运动特性的研究,可以进一步全面地了解其动态特性,对深入研究波动鳍的推进机理、提高仿生推进器的性能等具有重要的意义。     

微小型水下机器人推进方式的比较研究

将当前国内外各种主要微小型水下机器人的推进方式分为舵桨联合操纵、仿水中生物推进、混合推进3类方式。在每类中选取典型案例并分析其推进方式的特点，归纳出各类推进方式的适用范围和应用前景。综合各种推进方式的利弊，指出柔性长鳍的波动推进方式以其低扰动、低速时稳定等特性，显示出广阔的应用前景。但柔性长鳍波动推进方式的在仿生结构上还有许多创新工作需要深入开展，以提高波动推进的效率，同时组合其它的推进方式，从而提高载体的推进能力。     

水下仿鱼推进器的分析

鱼类推进模式分为波动和摆动推进模式,由此产生了仿鱼推进机理及推进技术.仿鱼推进系统设计主要包括诸如载体和推进器(鳍)的结构与形态、鳍的力学特性(惯量和硬度等)、致动机构选择与布置、传感器的选择与布置等问题.     

基于尾鳍推进模型的三关节仿生机器海豚系统

为设计一种新型、游动效率高、可以实现沉浮运动的仿生机器人,以海豚为仿生对象,利用仿生学原理对基于尾鳍推进模型的三关节仿生机器海豚系统进行改进.研究海豚的背腹运动尾鳍推进模型,对原有模型中不便于工程实现的方面进行修正.在验证修正后模型可行性的基础上,设计一种三关节柔性尾部加刚性头部的机械结构以及控制流程和配套的电路系统,对机器海豚的沉浮运动进行动力学分析,提出利用PID控制实现平面运动的方法,通过实验验证机器海豚沉浮运动和平面运动的可行性,并给出机器海豚游动速度和尾鳍摆动频率及尾鳍摆幅之间的关系.实验结果表明,基于尾鳍推进模型的机器海豚具有较高的效率和游动速度.     

基于仿生技术的鱼雷推进问题探讨

鱼类推进模式的研究是仿鱼水下推进器研究的基础之一,它与常规推进器相比,具有推进效率高,机动灵活以及隐藏性能好等优点。本文在分析鱼类推进模式的基础上,着重从仿生技术的角度对鱼雷推进问题进行了分析和展望,包括仿生推进鱼雷的特性、动力形式、结构和研究热点等。把鱼类的游动推进模式应用到鱼雷,将为鱼雷的研究和发展提供新的更为广阔的空间。     

西北风导弹的推进系统

介绍了由法国欧洲推进器公司(SEP)从1980年开始研制的西北风导弹推进系统的技术性能要求、推进系统结构方案、制造方案和结构材料。对推进系统进行的静止热试车、动态热试车和飞行、抗弯刚度、爆破压力、机械和热环境、老化等一系列试验结果表明,该推进系统的各项技术性能均能满足要求。     

有限元法在特殊结构稳定性分析中应用

对特殊机械结构的稳定性进行了理论描述，并用有限元法分析了某型号产品壳体(长薄壁圆筒结构)分别在不同内外压力作用下和轴向压力作用下的结构屈曲稳定性问题，求出了失稳特征值λi和临界失稳载荷Pδ，并同试验结果进行了对比。最后，给出了关于此类相关结构的分析结论，为今后的设计和试验提供了理论基础和计算依据。     

水面仿生矢量推进器倒车性能分析

针对两栖平台倒车机构复杂、性能研究难以开展的问题,基于水面仿生矢量推进器,提出了一种倒车方式。设计了新型两栖平台,通过推进器反向转动输出倒车拉力,实现了平台0.7 m/s 速度的直线倒行和0.75 m小半径的转弯倒行,提供了更为快速灵活的倒车方式;建立了推进器流体动力学模型,结合下压力、倒车拉力和转矩三维驱动的周期性输出规律,分析轮轴高度、轮辐长度、转速和叶片夹角对推进器倒车性能的影响,扩展了平板旋转绕流的研究;建立敞水试验系统,验证了数值计算模型的正确性。结果表明：随着推进器轮轴高度增加,转矩单调递减;下压力和倒车拉力随着轮辐长度线性变化,转矩与轮辐长度呈二次函数关系;随着转速提高,三维输出单调递增。研究结果为两栖平台倒车控制提供了理论参考依据。     

基于尾鳍推进模型的三关节仿生机器海豚系统

利用仿生学原理,以海豚为仿生对象,研究了一种海豚的背腹运动尾鳍推进模型,并对原有模型中不便于工程实现的方面进行了修正。在验证了修正后模型的可行性的基础上,设计了一种三关节柔性尾部加刚性头部的机械结构以及控制流程和配套的电路系统,完成了样机的研制,并对机器海豚的沉浮运动进行了动力学分析,提出了利用PID控制实现平面运动的方法,通过实验验证了机器海豚沉浮运动和平面运动的可行性,并给出了机器海豚游动速度和尾鳍摆动频率及尾鳍摆幅之间的关系。在此基础上,确定了平面运动的模态。实验结果表明,基于尾鳍推进模型的机器海豚具有较高的效率和游动速度。     

矢量喷水推进两栖车航行姿态的数值及试验分析

为提高高速水陆两栖车的航行稳定性,降低两栖车遭遇波浪时的纵倾幅度,区别于多推进器构型策略,设计具备航向保持和姿态调整功能的单矢量喷水推进器系统应用于模型两栖车。基于多参考系的动参考系方法处理旋转流域,采用SST k-ω模型计算矢量喷水推进器的输出推力。结合CFD计算的推力结果,联合Vortex仿真计算装配有矢量喷水推进器的两栖车的航行特性。通过开展拖拽水池两栖车强制自航减摇试验和自由自航航向保持试验,验证矢量喷水推进器的功能。仿真和试验结果表明：矢量喷水推进器在一定程度上抑制两栖车在航行时遭遇纵波时的纵摇幅度,两次减摇试验车体纵倾角标准差分别降低38%、23%;同时矢量喷水推进器可使两栖车在水上航行时保持航向稳定,航向保持试验中车体横向位移小于0.6 m。     

一种双自由度胸鳍仿生机器鱼

为提升机动性,设计一种由双自由度胸鳍和仿鲹科鱼尾部相结合的运动推进型仿生机器鱼。分别对机器 鱼的双自由度胸鳍、身体与尾部弹簧传动机构进行设计,采用Arduino 控制板及一体化的硅胶膜,基于电气系统控 制方案和防水密封方案,通过对CPG 单元进行建模与控制,给出机器鱼在不同运动形态下的控制方法,并通过实验 验证了方案的可行性。结果表明,该设计实现了双自由度胸鳍机器鱼直行、转弯、下潜的运动姿态。     

FL-12风洞螺旋桨带动力试验系统

为提升FL-12风洞螺旋桨带动力试验能力,研制一套螺旋桨带动力试验系统.该系统主要用于模拟螺旋桨滑流特性及非对称动力状态下飞机的气动特性.介绍试验装置系统组成和设计,并分析地面调试结果.结果表明:该系统在转速控制精度和系统自动化程度等方面有很大提高,部分技术指标达到国际先进水平.     

基于胸鳍辅助推进的仿生机器鱼

为提高仿生机器鱼游动的机动性能并完善传统尾鳍推进模式,设计一种基于胸鳍辅助推进的仿生机器鱼。将胸鳍与尾鳍推进模式相结合,采用正弦信号对仿生机器鱼的尾鳍进行控制,通过胸鳍来调整鱼体方向,从而实现上升及下降的动力提供。对机器鱼整体、主控系统、执行模块和通信模块进行设计,并通过实验验证。实验结果表明：该仿生机器鱼能够更灵活、更精确地实现浅水中前进、上升下潜以及盘旋、回转和制动,并通过人机交互对仿生鱼进行控制,结合其自主避障、图像传输等辅助功能,实现对海洋环境的实时监测。     

水下对转桨非空化线谱噪声分析与数值研究

为了研究水下对转桨非空化状态的目标特性,分析了对转桨非空化线谱噪声的产生机理,其产生机制是前后桨干涉作用和周向谐波流场作用。利用广义声类比方程,将这两种机制引起的升阻力作为噪声源,推导了水下对转桨远场声压表达式,分析了线谱预报频率以及声压的方向性,得到了强弱线谱出现的条件。研究发现：预报的线谱频率可用f=sAPF+pBPF₁+hBPF₂表示;声压辐射呈“8”形分布;干涉作用和周向流场作用的贝塞尔函数是否取峰值是强弱线谱出现的必要条件。数值计算方面,利用RNG k-ε湍流模型、滑移网格模型结合FW-H方程对对转桨进行非空化数值模拟,结果表明：在对转桨水动力性能预报方面,RNG k-ε湍流模型比Realizable k-ε湍流模型精度更好;噪声性能预报方面,该方法得到的对转桨非空化线谱频率以及声压方向性与理论结果非常吻合。     

自主水下航行器回收过程中螺旋桨推力特性分析

在自主水下航行器 (AUV) 水下回收过程中,螺旋桨的推力特性对AUV的稳定性控制及安全性能等影响非常明显。主要基于计算流体力学方法,采用多块混合网格技术结合RNG k-ε湍流模型,对AUV在不同回收工况下的螺旋桨推力特性展开数值模拟。建立AUV及螺旋桨的三维几何模型;基于多块混合网格方法对计算域进行空间离散,同时采用动网格技术实现螺旋桨与回收管的相对运动及自身旋转运动;利用有限体积法展开数值计算。基于计算数据与试验数据的对比及数值无关性测试,表明所使用的多块混合网格方法能够对AUV回收过程螺旋桨推力特性进行准确计算,为AUV水下回收过程的控制及安全性能评估能够提供理论参考。     

单机螺旋桨带动力试验系统研制

为提高风洞单发螺旋桨带动力试验效率,设计搭建单机螺旋桨带动力试验系统。详细阐述系统组成,从 主控平台选择、信号接口电路设计、驱动器控制电路和反馈电路4 方面介绍系统设计,风洞螺旋桨带动力试验时采 用零拉力控制,并进行试验验证。结果表明：该系统控制精度高,电磁兼容性好,自动化程度高,可大幅提升试验 效率,试验准备时间由48 h 缩短至12 h,并已在多期课题型号试验中得到成功应用。     

具有间隙非线性的全动舵系统的颤振分析

研究了超声速来流中含间隙舵系统的颤振问题。通过建立舵机传动机构的动力学方程并采用翼段模型和活塞理论,导出了俯仰方向含有间隙的舵面的非线性气动弹性动力学方程,利用 Hopf 分叉理论计算了舵面的颤振速度,并采用描述函数法分析了含间隙舵面的气动弹性响应。在此基础上,研究了传动机构的动态特性和间隙对舵面的颤振速度和极限环振荡行为的影响。研究表明：舵机静刚度较低时,需要考虑其动刚度对颤振速度的影响;仅当间隙内的俯仰刚度较小时,舵面的气弹响应才会发生亚临界 Hopf 分叉;在飞行速度一定的情况下,间隙量增大1倍,极限环振荡的振幅近似增加1倍。