水下滑翔机浮力驱动系统生存分析与试验

水下滑翔机的可靠性直接影响了其生存能力和完成任务的能力,浮力驱动系统作为它的核心模块,其可靠性研究显得尤为重要。针对水下滑翔机浮力驱动系统故障试验数据存在缺失性的情况,采用生存分析方法对水下滑翔机PETREL-II进行了可靠性分析和评估。首先依据水下滑翔机浮力驱动系统生存删失数据,由生存分析理论的Kaplan-Meier估计方法获得了浮力驱动系统的生存曲线,然后根据原始故障数据,应用常规可靠性理论计算浮力驱动系统的故障率与可靠度,将传统可靠性理论估计结果与生存分析结果进行对比。结果表明,生存分析方法可更好地评价水下滑翔机浮力驱动系统的可靠性,对水下滑翔机整体可靠性分析提供有力支持。     

水下滑翔机多点探测能耗最低路径的规划方法

作为一种有前途的海洋现象自主观测平台,水下滑翔机通过调节自身净浮力和姿态实现空间运动。由于低能耗的驱动方式,水下滑翔机非常适合执行长期海洋探测任务。针对水下滑翔机的多点探测任务,本文提出一种能耗最低路径的规划方法。首先,建立了滑翔机整机动力学模型,推导了单剖面滑翔运动能耗模型。基于仿真结果,采用多项式拟合方法确定了滑翔机的能耗、航程、控制参数值和目标下潜深度之间的近似函数表达式。在运动路径给定条件下,研究了滑翔机能耗与剖面数之间的关系。在此基础上,将多点探测任务的路径规划抽象为旅行商问题(Traveling salesman problem, TSP),并基于遗传算法给出了该问题的求解方法。数值算例表明,该路径规划方法可有效降低滑翔机在执行多点探测任务时所需能耗。     

混合驱动水下滑翔机动力学建模与海试研究

从能量的角度出发,引入黎曼几何和仿射联络,基于微分几何理论建立混合驱动水下滑翔机动力学微分几何模型。基于上述模型,分析混合驱动水下滑翔机系统驱动方式、姿态调节方式及其航行过程中所受外部力与力矩作用,同时针对目前所研制的混合驱动水下滑翔机纵垂面"之"字形剖面滑翔运动进行数值模拟分析,得到控制输入量与混合驱动水下滑翔机运动特性之间关系,并将数值模拟结果与南海试验数据进行对比,验证了该动力学微分几何模型的有效性,为改善混合驱动水下滑翔机系统设计及其动力学行为预报提供参考依据。     

基于强化学习算法的水下滑翔机路径跟踪研究

针对洋流影响下水下滑翔机实际路径与预定路径偏差较大的问题，在传统的长短期记忆网络模型的基础上引入注意力机制，建立了具有长短期记忆与注意力机制的神经网络洋流预测模型；利用深度神经网络生成水下滑翔机运动的动态Q表，并通过强化学习算法选择最优运动姿态，同时考虑洋流的影响，构造了基于深度强化学习的水下滑翔机路径跟踪算法。结果表明，基于注意力机制的长短期记忆网络相较于传统的整合移动平均自回归模型与长短期记忆网络，其洋流预测具有更小的均方误差与均方根误差，具有良好的预测能力；相较于传统的PID控制，深度强化学习模型可使水下滑翔机轨迹均方根误差降低50.9%,显著提高了路径跟踪精度。     

海水液压技术在深海装备中的应用

海水液压技术由于其与海洋环境相容、具有海深压力自动补偿功能、运行成本低、工作介质易处理、难燃、系统组成简单、清洁等优点,已在国内外的深海装备中得到了成功应用。介绍海水液压技术的优点及国内外研究简况。分析液压元件与系统采用海水直接作为工作介质所面临的关键技术问题,同时分析深海环境对元件的性能产生影响,包括海深压力和温度对介质特性的影响、海水介质的颗粒污染、海深压力对摩擦副的影响等;从新原理、新材料、新结构、新工艺等方面分析相应的解决措施。介绍几个海水液压技术在深海装备中应用的实例:①潜水器浮力微调采用海水液压浮力调节系统,替代油压和气压浮力调节系统,具有结构简单,性能可靠等优点,是目前大深度潜器普遍采用的形式;②海水液压驱动水下作业机械手,是今后水下作业机械手驱动方式发展的新方向;③海水液压水下作业工具,直接以海水作为工作介质,同油压工具相比,具有系统组成简单、压力损失小、效率高、维护方便等优点。     

混合驱动水下滑翔机动力学特性与效率分析

混合驱动水下滑翔机是兼有浮力驱动和螺旋桨驱动两种驱动模式的新型水下自航潜器。通过建立混合驱动水下滑翔机在3种驱动模式下纵垂面内定常运动的动力学模型,研究了不同驱动模式下攻角、速度、滑翔角之间的关系,对不同驱动模式下驱动系统的能耗进行分析比较。结果表明,在相同净排量和相同滑翔落差条件下,混合驱动模式单位航程能耗值大于纯滑翔模式,而净浮力为零时的水平直航模式下能耗最少,并通过水域试验进行了验证。根据所得结论,面向不同的任务、海况等可选择不同的驱动方式来节约电量,对混合驱动水下滑翔机的设计与应用有一定的指导意义。     

混合驱动水下滑翔机用可折叠螺旋桨的设计

混合驱动水下滑翔机仅使用浮力驱动时,螺旋桨桨叶会产生一定的阻力.针对这一问题,设计了一种新型可折叠螺旋桨,用于减小螺旋桨不工作时混合驱动水下滑翔机螺旋桨桨叶产生的阻力.对这一新型可折叠螺旋桨进行了数学建模与水动力分析,验证了这一新型可折叠螺旋桨用于混合驱动水下滑翔机时的性能可靠性.     

混合驱动水下滑翔机用可折叠螺旋桨的设计

混合驱动水下滑翔机仅使用浮力驱动时,螺旋桨桨叶会产生一定的阻力.针对这一问题,设计了一种新型可折叠螺旋桨,用于减小螺旋桨不工作时混合驱动水下滑翔机螺旋桨桨叶产生的阻力.对这一新型可折叠螺旋桨进行了数学建模与水动力分析,验证了这一新型可折叠螺旋桨用于混合驱动水下滑翔机时的性能可靠性.     

基于CTD的浮力补偿系统研究

针对重型、大型UUV在远程航行过程中,由于所处外部环境海水温度、盐度、深度的变化会导致海水密度变化引起的UUV浮力变化问题,设计了一种基于CTD的浮力自动补偿系统。浮力补偿系统作为重型、大型UUV的重要组成部分,实现UUV航行过程中的浮力自动补偿,有效地解决了UUV远程航行过程中浮力变化产生影响,具有较好的工程应用前景。     

水下滑翔机低功耗控制系统实现

水下滑翔机是一种低噪声、长续航力的新型水下机器人,是一种有效的海洋环境测量平台。以水下滑翔机为研究对象,分析了水下滑翔机作业过程中的能耗组成,重点研究了水下滑翔机嵌入式控制系统。详细介绍了适用于水下滑翔机的低功耗控制系统的软硬件设计与实现。通过实验对水下滑翔机低功耗控制系统的有效性和稳定性进行了测试。     

红外探测中潜艇冷热尾流的传热传质特性

本文采用有限体积法建立了1/72龙鲨Ⅱ号核潜艇的三维计算模型,结合动参考系、用户自定义函数和物性多项式函数等实现了高速旋转螺旋桨和海水温度密度分层的仿真。基于该模型,探讨了螺旋桨高速旋转、海水温度密度分层和高温热尾流喷射等因素对潜艇冷热尾流传热传质特性的影响,所得结论如下:高速旋转螺旋桨促使热尾流后向延迟距离增大、海表温差减小,忽略旋转时海表温差的绝对误差和相对误差分别为3.23mK和52.7%;水下航行潜艇扰动温度密度分层海水浮升形成冷尾流温差信号,与温度密度均匀海水相比,海表温变区域显著增大、尾流温差由6.13mK增大到84mK;通过海表上游冷尾流特征判断是否存在水下航行潜艇,若存在,再结合海表下游热尾流特征实现潜艇位置的精确反演。上述结论可为优化潜艇冷热尾流的数值仿真精度提供参考与借鉴。     

液压挖掘机动臂的参数化建模研究

针对液压挖掘机工作装置中动臂模型设计时步骤繁琐、参数较多等问题,为了提高设计效率,利用数据库技术和UG软件的二次开发功能实现了液压挖掘机动臂模型的参数化设计。首先,通过UG软件对某型号挖掘机的动臂结构进行了建模;利用UG软件二次开发工具,并结合C++语言开发出了模型的控制程序和用户界面对话框;然后,运用数据库技术建立了动臂模型数据库,利用Access建立了动臂模型几何参数的数据库并注册了数据源;创建了对话框CDataChoice和CInsertDialog访问数据库,并调用模型的几何参数或对数据库中的参数进行了编辑和修改;最后,修改了系统的环境变量,通过输入或调用相关参数得到了所需模型。研究结果表明,该参数化设计方法可以大大简化建模过程,提高设计效率。     

钢管旋转机构的运动学分析及仿真

以一种新型钢管旋转机构为研究对象,采用复数矢量法求解了该机构的运动参数。基于ADAMS仿真软件建立了机构的虚拟样机模型,并对该机构进行运动学仿真分析,对比分析了两种条件下其运动规律和状态。分析结果表明,在钢管夹紧阶段,夹杆均为变减速运动;而在旋转阶段,当气缸输入时,机构为变加速的加速转动,当曲柄输入时,机构为匀速转动;气缸在整个运动过程中为正、反向摆动。分析结果为机构的工作参数选择和结构的优化设计提供依据。     

基于UG的胶印机滚筒间中心距分析

应用UG软件对胶印机离合压机构进行了建模与虚拟装配.基于UG的运动学模块,讲述了创建运动仿真的过程.运用运动学模块中的测量功能,给出一种分析滚筒间中心距的方法.     

可变前掠翼机构设计与仿真研究

设计了一种无人机变前掠翼的变形机构方案.建立了该机构的数学模型,用Matlab软件对变形机构的主要参数进行了优化设计,获得了合理的机构尺寸;对于优化后的变形机构,利用Solid-works和Adams软件建立了运动学仿真模型,对机构进行了运动学仿真,获得了运动曲线,进行了运动分析.分析结果表明该机构能满足变形要求,且机翼转速均匀,运动平稳,可作为无人机变前掠翼的变形机构方案.     

水压式打桩机冲击器液压系统建模与仿真分析

分析了水压式打桩机冲击器的工作机理,根据功率键合图理论构建了其液压系统的键合图模型。以AMESim软件为平台,搭建了水压冲击器液压系统的仿真模型,通过设置参数,对该模型进行仿真,得到了冲击活塞和阀芯的运动曲线,继而分析了活塞和阀芯的位移、速度、加速度随时间的变化规律。通过依次改变流量、溢流阀调定压力、活塞质量、前腔阀口开口长度和中腔阀口开口长度等参数,仿真分析了各参数对冲击性能的影响规律。结果表明：水压式打桩机冲击器液压系统流量达到额定值后,继续增加流量不能有效提高冲击性能;设置较高的溢流阀调定压力能充分利用输入水压能,显著提高冲击性能;活塞质量增大会降低冲击性能;增大前腔阀口开口长度可以提高冲击性能;增大中腔阀口开口长度反而使冲击性能降低。研究结果为水压式打桩机冲击器结构设计与优化提供了理论依据。     

基于UG的焊接机器人装配及运动仿真

本文介绍了焊接机器人的发展和应用,利用UG建立了焊接机器人的三维运动仿真模型,阐述了模型的装配方式,采用逆向代数法建立了焊接机器人运动学模型,通过设置函数参数进行动态仿真和结构优化,并实现了焊接机器人整个运动过程的运动仿真,为焊接机器人产品设计和改进提供了依据。     

基于UG和ADAMS的机械手三维实体仿真

为了方便、准确地对所设计的复杂机械手进行运动仿真分析,利用UG软件强大的建模功能对六自由度机械手进行三维实体建模,然后通过UG和ADAMS良好的数据接口将模型数据直接导入ADAMS,根据实际设计要求添加相关约束,在此基础上进行运动仿真,研究机械手各机构关节的运动,测量各个关节的角位移、速度和加速度的变化情况,通过观察各机构的运动轨迹以及相关曲线的变化趋势,对设计阶段的产品进行虚拟性能测试,以便及时发现设计中存在的问题并进行改正。     

基于UG/motion五轴光学检测仪的运动仿真

五轴光学检测仪通过对扫描测头的移动和被测冲压件的旋转精确控制实现五轴的运动形式,并对其建立数字化模型,利用UG/motion模块创建五轴光学检测仪运动仿真分析方案并进行了机构运动分析的应用,运动仿真结果很容易得出光学测头的运动特性,并绘制出速度,位移的关系曲线,大大简化了运动分析的过程。利用UG运动仿真模块进行运动分析的方法可以避免进行大量抽象理论的推导便可获取机构的运动特性,因此大大提高了运动分析的效率和准确性。     

基于UG二次开发的工业机器人作业仿真系统设计

为了在一般CAD软件中实现符合企业需求的工业机器人运动仿真,通过采用UG软件二次开发技术和C++程序,构造了与UG无缝集成的工业机器人作业仿真系统。设计了包含人机接口层、作业管理层、UG支撑层的仿真软件体系结构。针对UG运动模块难以进行二次开发的问题,通过对UG装配模块的二次开发来实现机器人运动仿真。机器人运动过程碰撞检测功能则由UG间隙检查模块的二次开发实现。仿真软件现已成功地应用于汽车门框焊接机器人的作业仿真及布局设计。