非定常流Weis-Fogh机构在零航速减摇中的应用

由于Weis-Fogh机构的仿生机构可以在零航速下产生升力,因此可以用来进行零航速减摇.基于势流理论建立的Weis-Fogh机构升力模型忽略了翼缘的分离涡对翼的作用,所以不能更好地模拟实际流场.因此基于点涡模型建立Weis-Fogh机构升力模型,并对Weis-Fogh机构张开时所产生的升力进行了数值计算.通过对有分离涡的Weis-Fogh机构升力和没有分离涡的Weis-Fogh机构升力之间的对比,发现前者产生的升力远大于后者.最后同实验数据进行了比较,证明该点涡升力模型可以更好地模拟翼上产生的升力.     

零航速减摇鳍升力特性分析

采用解析的方法对减摇鳍在非定常流中的受力情况进行分析,得到了鳍上各种流体作用力的表达式.利用该升力模型对零航速减摇鳍角速度与升力的相位关系进行定量分析, 提出了对二者相位差进行补偿的方法.为了解决浪级较大时无法进行相位补偿的问题,设计了根据起动和制动阶段的不同要求实时改变最大允许角速度的升力限位环节.仿真结果表明 ,加入升力限位环节可以有效抑制制动阶段反向升力对系统产生的不利影响.     

转子翼驱动功率与升/阻力特性研究

为了研究新型的Magnus转子式减摇装置（转子翼）的驱动功率问题，本文通过转子翼上动态流体力矩和平均转子角速度计算伺服系统驱动功率。采用ANSYS-Fluent进行转子翼水动力三维瞬态仿真试验，得到横摇周期内动态水动力特性；根据动态流体力和转子角速度，按照惯性力矩、摩擦力矩和粘滞阻力矩3部分计算得出转子翼上的总力矩。研究结果表明：长度3 m、直径0.4 m的转子翼，航速7 kn时，平均升阻比大于4；转子翼在低航速时亦可产生足够升力；转子翼单位投影面积升力大于传统翅片形减摇鳍，阻力则反之；转子翼的驱动功率小于传统减摇鳍。     

Magnus减摇装置及其升/阻力特性分析

为了研究基于Magnus效应的船用减摇装置(转子翼)的水动力特性,本文结合美国Quantum公司推出的Maglift型产品,采用ANSYS软件分析了不同航速、转速下转子翼的升/阻特性。建立了转子翼绕流的几何模型,利用ANSYS-CFX对转子翼的升/阻力及升/阻系数进行稳态仿真分析,将得到的升力进行非线性曲面拟合,得到转子翼升力与转速和航速的关系。仿真结果表明:转子翼的升/阻力受航速、转速的影响显著,均随二者的增加而增加;与传统减摇鳍对比,Magnus减摇装置具有更高的升力系数,开展对Magnus减摇装置的水动力分析具有十分重要而深远的意义。     

基于相位匹配的零航速减摇鳍控制策略研究

零航速减摇鳍常规减摇和零航速减摇两种模式下生力机理不同而导致控制策略不尽相同。本文从两种模式下生力机理出发,分析海浪干扰、船舶横摇、鳍的动作及鳍上产生的减摇力之间的相位关系,分别得出两种模式下反馈控制策略。通过与常规减摇鳍控制方法对比,不仅验证了所得常规减摇模式下的控制策略的正确性,而且也验证了相位匹配分析方法的适用性;而零航速减摇模式下的控制策略则通过仿真和水池试验进行验证。结果表明:基于相位匹配得到的零航速减摇鳍的控制策略是有效且实用的,可为实际工程应用提供参考。     

零航速减摇鳍改进自适应神经元控制

针对零航速减摇鳍系统使常规PID控制方法难以获得满意的减摇效果这一问题,研究了一种改进自适应单神经元控制器,在不增加神经元结构复杂性的同时,提高了其非线性处理能力.为降低对零航速减摇鳍驱动伺服系统功率的要求,借助最优控制中的二次型指标思想,对神经元参数进行在线自适应调整,实现了对驱动功率的间接约束.证明了在该控制方法下系统的Lyapunov稳定性,并在不同海情下与常规PID控制方法进行模拟比较,展示出该方法解决零航速减摇鳍输入非线性控制的优越性。     

仿Weis-Fogh效应的半转机构急张阶段分析

Weis-Fogh机构能够高效率地产生升力或推力.阐述了利用半转机构对Weis-Fogh效应的仿生,分析半转机构在急张阶段叶片内侧的速度和压强分布特点,得出半转机构在运动中能产生比较明显的Weis-Fogh效应.     

仿鸟组合半转翼Weis-Fogh效应及升力仿真

组合半转翼是一种新型的动力翼,在仿生飞行中具有重要的应用前景。提出一种仿鸟组合半转翼模型,导出该模型参数的计算公式并给出减小两翼工作间隙的方法;基于FLUENT软件建立仿鸟组合半转翼流体动力学计算模型,对仿鸟组合半转翼运动流场进行仿真分析,揭示仿鸟组合半转翼模型的Weis-Fogh效应特征,获得仿鸟组合半转翼升力的变化规律。研究表明:在一个运动周期中,半转翼流场中速度矢量和压力分布始终受Weis-Fogh效应的影响,致使组合半转翼的升力大大提高;计算实例中,计算模型的最大升力可提高30.5%。研究结果对仿鸟组合半转翼升力形成机制的阐释和不同参数半转翼升力的估算具有重要参考价值。     

基于四杆机构的扑翼驱动机构设计和运动仿真

设计了一种基于四杆机构的新型扑翼驱动机构,实现仿生扑翼飞行运动。为了获得最佳的传动性能,通过数值分析计算得到最小传动角,并得到扑动过程的最大上扑角和下扑角。运用参数化建模的方式得到扑翼机构的模型,在ADAMS中进行运动学仿真分析。仿真结果表明:机翼在扑动过程中的扑动角度、角速度和角加速度与时间成正弦规律变化,最大上扑角和下扑角与理论计算值基本一致,为扑翼驱动机构的设计制造提供依据。     

连续地月载荷转移系统二维柔性动力学建模与分析

为研究系绳柔性对连续地月载荷转移系统(continuous cislunar payloads transfer system,CCPTS)动力学的影响,利用Lagrange方法建立了CCPTS二维柔性动力学模型,并对所建立的二维柔性动力学模型进行了理论及仿真分析.通过对系绳为柔性绳与刚性杆两种情况下的动力学进行仿真对比分析表明:系绳柔性对CCPTS轨道、姿态参数有一定的影响,而这种影响表现为变量变化的时间不同步,并且会随着时间的推移逐渐增大;系绳的柔性特性导致母星径向加速度以及真近角加速度出现"毛刺"现象;由系绳长度所产生的重力梯度力矩对刚性杆和柔性绳产生了不同程度的影响;当外力矩不存在时,系绳旋转角速度随时间周期变化,当外力矩不为零时,旋转角速度随时间近似线性增加,增加的快慢由外力矩的大小决定.此外,系绳初始旋转角速度以及系绳长度对系绳的横向、纵向振动的幅值和周期均产生了一定的影响.     

Real-time measurement of high rotational projectile axial acceleration based on 2-axis acceleration sensor

The real-time measurement principle of high rotational projectile's angular velocity based on 2-axis acceleration sensor and the axial acceleration measurement error caused by the installation error ar...     

动态矩阵控制在减摇鳍加载系统中的研究

从理论上分析了减摇鳍加载系统存在多余力的特点及其对加载系统控制性能的影响，建立了数学模型，并将多余力作为系统的外干扰设计了减摇鳍加载系统的动态矩阵控制器，分析与仿真结果表明，记矩阵控制器对补偿系统多余力有很好的效果，可以大大提高系统的鲁棒性和跟踪性能，较理想地实现了减摇鳍加载系统的多余力抑制。     

共振隧穿微陀螺仪哥氏效应仿真及理论验证

介绍了微机械陀螺和共振隧穿效应器件的工作原理,提出了基于共振隧穿效应的微机械陀螺仪结构.利用ANSYS软件仿真分析了输入角速度、角加速度及驱动速度对哥氏效应的影响.对微陀螺仪的检测结构进行了理论建模,详细分析了输入角速度、哥氏力、检测梁正应力三者间的关系,并推导出检测梁正应力的理论计算关系式.经数据分析验证了计算结果与仿真结果是一致的,说明基于ANSYS软件的仿真分析方法是可行的,能够用于共振隧穿微陀螺仪的结构设计中.     

柱面网壳旋转提升施工法

提出了一种新型的柱面网壳拼装施工方法-旋转提升施工法,文中详细介绍了该方法的施工原理;结合一个具体工程,运用施工力学分析方法跟踪分析施工全过程的结构内力、变位和提升力;分析了提升过程中结构转动的加速度对内力的影响;对提升中不同步的问题提出了解决办法;并阐述了旋转提升施工法实施中的主要技术措施。     

平面钢闸门反向挡水启门力数值分析

由于水闸上下游水位以及调水需求的变化,许多闸门需要满足正向挡水与反向挡水两种需求.垂直提升式钢闸门反向挡水时,闸门受力复杂,启门力显著增加,导致启闭机启门力严重不足.为此,本文以江苏省某闸站的节制闸为研究对象,提出了基于均相流模型的启门过程中水流对门体的作用力的计算流体动力学(computa-tional fluid ...     

Aerodynamic Analysis and Simulation of Flapping Wing Aerial Vehicles on Hovering

In order to design and verify control algorithms for flapping wing aerial vehicles(FWAVs),calculation models of the translational force,rotational force and virtual mass force were established with the basis on the modified quasi-steady aerodynamic theory and high lift mechanisms of insect flight.The simulation results show that the rotational force and virtual mass force can be ignored in the hovering FWAVs with simple harmonic motions in a cycle.The effects of the wing deformation on aerodynamic forces were investigated by regarding the maximum rotational angle of wingtip as a reference variable.The simulation results also show that the average lift coefficient increases and drag coefficient decreases with the increase of the maximum rotational angle of wingtip in the range of 0-90°.     

基于加速度的边坡和挡土墙稳定性分析

评价边坡稳定性可以用最小安全系数,也可以用基于加速度的指标,比如最大加速度、最大惯性力、最大角加速度等。它们可以从另外的角度来看待边坡的稳定和失稳行为。这种思路也可以推广到挡土墙土压力计算。算例计算表明:基于瑞典条分法和简化毕肖甫法的假定对加速度、惯性力和角加速度的计算结果相同,说明它们的计算对条间力的假定不敏感;相对于滑体质心的角加速度不能单独用来判断滑体的稳定情况;对挡土墙土压力来说,由于外部支撑力的引入改变了土条的受力条件,最大惯性力的大小和方向与土压力并没有一致性的关系;随着土的强度参数的不同,最大惯性力可能大于挡土墙土压力,也可能小于土压力;以此类比,根据事先引入支挡结构力的作用方向得到的不平衡推力会更合理。     

基于UIO的减摇鳍控制系统故障诊断算法

为提高减摇鳍控制系统可靠性,提出了基于UIO的减摇鳍控制系统故障诊断算法,改进了基于全阶Luenberger故障诊断观测器针对系统出现未知扰动时的不足.利用最优解耦原理,设计了满足系统出现未知扰动时可解耦的UIO故障诊断观测器,推导及证明了减摇鳍控制系统存在UIO的充要条件,并给出了UIO故障诊断观测器的设计步骤．以NJ5型减摇鳍控制系统为研究对象,验证算法的有效性．仿真结果表明,基于UIO的减摇鳍控制系统故障诊断算法相比传统方法,获得的状态估计误差小,且收敛速度快;在故障诊断阶段,有效提高了残差的收敛效果,并对系统出现的故障作出快速响应．