舰船消磁绕组磁特征数值计算与验证研究

作为商业有限元电磁分析软件的替代,基于磁矩量法、多层自适应交叉近似法和GPU并行计算技术的舰船磁场分析软件MagShip已成功用于舰船磁特征仿真建模。但对舰载消磁线圈磁特征进行数值分析时,需要对临近舰载消磁线圈的船体结构精细划分网格单元。MagShip软件用于这种大规模磁场建模问题时,会存在计算结果不稳定或失真。为了解决这个问题,对MagShip软件进行了改进,使其适合用于舰载消磁线圈磁场特征建模,采取的改进措施包括：采用场单元上的耦合系数多点平均值作为相互临近单元的耦合系数;对临近消磁电缆的铁磁区域进行剖分单元加密;将消磁电缆作用在其临近单元上的磁化磁场多点平均值作为磁化磁场有效值。采用改进后的MagShip软件对于薄铁磁球壳内部和外部线圈、典型舰载消磁线圈等典型算例进行了磁特征建模分析,并与商业有限元软件COMSOL Multiphysics的计算结果进行了对比,发现二者差别约为1%. 表明所提方法是有效的,能够用于舰载消磁线圈磁特征建模仿真的实用化。     

基于磁场变化量的闭环消磁控制方式

通过对于国外闭环消磁控制方式的分析,研究一种基于磁场变化量的闭环消磁控制方式,该方法可以不通过M矩阵的求解直接内外磁场换算问题。然后,分析了基于磁场变化量的闭环消磁控制方式的应用前景及需解决的问题,为闭环消磁控制技术的发展提供了一种新思路。     

地磁模拟法测量舰船感应磁场的数值模拟

地磁模拟法测量舰船感应磁场具有测量速度快、实施方便等优点,但感应磁场测量精度受模拟地磁场均匀度所限制,研究其影响规律对推广应用地磁模拟法具有重要意义。从地磁模拟法原理出发,借助COMSOL多物理场有限元仿真平台,设计椭球壳解析算例来验证该仿真平台分析地磁模拟法测量感应磁场的有效性。设计某舰船算例进行数值模拟研究,定量分析了地磁模拟法测量舰船感应磁场的精度受模拟地磁场均匀度影响的变化规律,以及舰桥结构对感应磁场测量精度的影响程度。结果表明：当模拟地磁场均匀度达到91%时,感应磁场测量精度优于90%,若继续增加均匀度,则感应磁场测量精度提升效果变缓,工程效费比降低;舰桥结构对均匀度评估的影响程度为0.2%,对感应磁场测量精度的影响程度为2.7%,且当整体均匀度高于91%后,其影响程度降至2.5%,可忽略该结构对感应磁场测量的影响。研究结论为实际舰船消磁中进一步推广应用地磁模拟法提供了依据,也为地磁模拟线圈的优化设计提供了一定的参考。     

ー种舰艇磁隐身中磁场推算的新方法

推算舰艇下方空间磁场分布规律可为舰艇磁隐身技术的实施提供必要的理论依据。为有效解决舰艇传统磁场推算方法中存在的困难,从边界元理论出发,推导了基于等效面磁荷密度的磁场推算正演模型。为求解正演模型中面磁荷磁性参数,根据磁场测量数据建立了磁性参数反演模型。由于实际舰艇磁性检测中所得磁场信息的局部性,反演模型通常是病态不适定问题。为有效抑制实际磁性检测中测量误差对计算结果引起的干扰,应用Tikhonov正则化方法对其进行求解,提高了反演结果的稳定性。由反演模型和正演模型即可实施对舰艇磁场的推算。用数值算例和船模实验对磁场推算方法的有效性和实用性进行了检验。结果表明,基于等效面磁荷密度和Tikhonov正则化方法的磁场推算技木可有效进行舰艇磁场推算,具有较好的军事实用价值。     

某柴油机EGR支架与管路断裂分析与优化

针对某柴油机EGR冷却器支架与热端EGR取气波纹管路在台架试验过程发生支架与波纹管断裂的故障进行了详细分析.基于有限元分析手段,以此柴油机EGR系统三维模型为研究对象,利用HyperMesh软件,划分四面体二阶单元网格,根据ABAQUS有限元分析软件计算结果,分析得出：EGR冷却器支架局部应力值大于该支架材料的屈服强度是支架断裂的根本原因.通过对故障件进行微观材料分析,发现EGR管路断裂起源于热疲劳.最后,基于故障发生的机理,将EGR冷却器支架由单层板结构优化为双层板结构,同时,波纹管路内部增加导流内衬管.通过对优化方案进行仿真计算及试验验证,明确优化方案行之有效,为后续EGR系统结构开发及故障分析提供了参考依据.     

利用磁传感器阵列磁场差值的舰船磁场反演建模方法

为抑制地磁场变化、人工设施磁干扰等磁场环境噪声干扰的影响,提出一种利用磁传感器阵列磁场差值的舰船磁场反演建模方法.对于每个测量时刻分别给出磁传感器阵列中各个磁传感器间磁场差值的计算公式,采用三维舰船磁单极子阵列模型构建利用磁场差值进行舰船磁源反演的线性方程组,基于正则化技术求解得到舰船反演磁源模型.通过典型虚拟舰船磁场...     

考虑船体涡流影响的舰船消磁线圈电感计算方法

舰船消磁线圈的电感值是影响消磁电源系统设计的重要因素。针对舰船结构复杂、船体涡流去磁效应显著等特点,提出一种基于时谐磁场仿真的消磁线圈电感计算方法,利用三维时谐磁场仿真提取线圈端电压和电流的实部和虚部,并根据阻抗相量表达式确定线圈电感值。重点分析壳体涡流的趋肤效应对电感计算结果的影响规律,提出壳体网格优化控制方法,计算实尺寸航母消磁线圈的电感,并对其影响因素进行分析。分别设计空心线圈电感解析计算模型和航母消磁线圈电感物理缩比模型,并对缩比模型电感进行实测。研究结果表明,空心线圈电感计算相对误差仅为1.8%,缩比模型的自感和互感计算的最大相对误差分别为7.1%和17.2%,有力验证了所提方法的有效性,为舰船消磁电源的设计提供了参考依据。     

线圈型电磁发射器磁场构型的设计与分析

在线圈型电磁发射器的设计中,驱动线圈磁场构型的设计是基础和关键问题.提出磁场构型的概念和设计准则,推导出线圈型电磁发射模型的加速力表达式,通过有限元方法仿真分析了不同厚长比矩形截面螺线管线圈的磁场形态,考虑驱动线圈与抛体之间的互感及作用力随位置变化的趋势,比较不同截面形状螺线管线圈的磁场构型,同时计算截面形状对作用力的...     

SOFIM柴油机进气管性能测试和试验优化

在气道试验台上对IVECO A10.30旅行车配装的SOFIM2.5 L涡轮增压发动机进气管进行流动测试,结果表明,该发动机进气管存在着较大的进气不均匀性.该文介绍了在保证安装的条件下,增大进气总管容积、流动的横截面积和气流的弯转圆角,把改进后的进气管制成石膏模型,在气道试验台上进行流动测试.试验结果表明,改进后的进气管与原进气管相比,充气效率平均提高9.6%,进气均匀性平均提高4.6%.     

计算柴油机缸内火焰辐射系数的新方法

柴油机缸内的火焰辐射受诸多因素的影响,用理论分析法来确定它是相当困难的,由于柴油机缸内火焰辐射特性依赖于缸内的燃烧过程,面燃烧过晷中的实际热力状态又可用示功图来分析,因此本借助于火焰辐射与缸内热力参数之间的闻接关系,建立了一种以示功图和缸内燃气特征速度来预测辐射系数的计算模型,用恢模型预测的火焰辐射系数计算缸内辐射热流量时,其计算结果与实测结果基本一致。     

高原环境下重型柴油机的性能优化研究

为改善重型柴油机在高原环境下的动力下降和燃烧恶化等问题,针对某型重型柴油机进行了不同海拔高度（简称海拔）及不同柴油-空气-燃烧室（简称油-气-室）匹配方案的性能优化研究。通过模拟海拔4 500 m的高原进气状态,开展了重型柴油机不同压缩比、涡流比和喷油器喷孔直径的试验研究。结果表明,随着海拔的升高,柴油机实际运行工况呈现由低速、低负荷向高速、高负荷工况迁移的特性。研究了海拔4 500 m高原环境下柴油机5种油-气-室匹配方案下的性能,5种方案分别为：方案A（涡流比2.2,喷油器10×0.32 mm,压缩比13.3）、方案B（涡流比2.2,喷油器10×0.32 mm,压缩比14.1）、方案C（涡流比1.5,喷油器10×0.32 mm,压缩比13.3）、方案D（涡流比1.5,喷油器10×0.32 mm,压缩比14.1）和方案E（涡流比1.5,喷油器10×0.30 mm,压缩比14.1)。油-气-室匹配仿真与试验研究结果显示：适当提高压缩比、降低涡流比以及选取适当的喷孔直径,可提高柴油机在高原环境下油-气-室的匹配状况;最佳方案D的油-气-室匹配效果最优,柴油机动力性、经济性和排放性均有较明显的改善。     

同轴磁场调制式磁齿轮电磁优化设计

随着未来特种车辆对传动效率和可靠性需求的不断提高,电传动将成为未来传动的重要发展方向,磁齿轮电磁优化设计是未来新型电传动研发中的关键技术之一。对同轴磁场调制式磁齿轮传动原理进行分析,建立磁齿轮磁力传动的解析方程,形成基于Taguchi法与多目标鲁棒性优化算法相结合的磁齿轮电磁优化设计方法,对典型工况下磁齿轮样机的速度与转矩特性进行台架试验。结果表明：磁齿轮样机额定工况下传动比稳定在6.67,输出转矩为359.7 N·m,输出功率为56.49 kW,效率达到98.1%,转矩性能与效率达到优化设计目标,验证了电磁优化设计方法的有效性。     

基于热－机耦合的柴油机气缸盖强度研究

采用有限元分析软件ANSYS分析了某型柴油机缸盖的温度场分布和缸盖热应力以及缸盖在机械载荷作用下的应力场,然后运用热－机顺序耦合的方法,将热负荷和机械载荷同时加载于缸盖,研究其在多种载荷作用下的应力场和变形情况。研究结果表明：缸盖温度最高点和热应力最大值出现在火力面鼻梁区和靠近排气门的喷油器座孔的一侧;热－机耦合应力作用下,缸盖的最大应力点出现在两个进气门之间的鼻梁区和两个排气门之间的鼻梁区,缸盖承受的最大拉应力未超过材料的许容拉应力;缸盖的最小疲劳安全系数和最小疲劳寿命均满足设计要求。     

大功率柴油机进气涡流与燃烧室优化匹配的多维仿真研究

为了得到柴油机进气涡流与燃烧室口径比、燃烧室形状的匹配关系及其对缸内气体流动和混合气形成的影响,对某型大功率柴油机进气涡流与燃烧室的优化匹配进行了多维仿真研究。研究结果表明:进气涡流与燃烧室进行优化匹配,能显著地提高柴油机的动力性;随着燃烧室口径比的增大,最优匹配的涡流比也相应增大,当口径比为0.8时,指示功率最高;对于油束撞壁情况,进气涡流主要影响燃油蒸气在燃烧室壁面附近的分布情况;对于油束未撞壁的情况,进气涡流影响相邻油束之间的干涉和燃油蒸气的空间分布;不同的燃烧室形状应匹配不同的涡流比,在几类燃烧室中,缩口燃烧室匹配的涡流比最大,其动力性也最好;随着涡流比的增大,燃油蒸气区的流场加强,影响燃油蒸气的输运及燃烧特性。     

非道路用柴油机与车用重型柴油机排放标准相关性研究

介绍了非道路用柴油机排放法规的国内外现状,根据车用重型柴油机的排放标准和非道路用柴油机的排放标准,选择不同型号的柴油机分别进行了8工况与13工况排放实验,分析了两种测试循环的异同点以及控制排放污染物的重点工况.研究表明,8工况与13工况测试循环排放物分担率虽存在一定差异,但在一定程度上,排放物的控制工况相近.     

基于局部线性嵌入算法的柴油机测点优化

为了能够高效地进行柴油机故障诊断,需要找出敏感性和稳定性好的振动测点,提出了一种改进的局部线性嵌入算法对柴油机振动测点进行优化处理．该算法实质是在保持原始数据性质的情况下,将各测点的高维特征数据映射到低维空间中,并以2-范数为各测点的阈值作为测点优化的标准．以某12缸柴油机为例,应用小波包能量谱分析方法来提取各振动测点信号的特征值;应用局部线性嵌入算法进行测点优化,通过对比实验结果可知,局部线性嵌入算法能够有效地区分不同故障测点敏感程度,从而可找出各故障敏感的测点位置,在一定程度上可提高故障识别率与效率．     

二级增压柴油机压缩比和喷油提前角优化研究

为解决某V型柴油机由单级增压改为二级增压后,最高燃烧压力过高问题,通过GT-Power软件建立柴油机仿真模型,利用试验数据进行校核,仿真研究了喷油提前角和压缩比对二级增压柴油机性能及最高燃烧压力的影响规律。以二级增压柴油机的试验最高燃烧压力作为限制条件,以转矩达到最大为目标,利用GT-POWER中的DOE工具对喷油提前角和压缩比进行联合优化。仿真结果表明：降低压缩比能够有效降低最大转矩点(1 300 r/min)和标定点(2 100 r/min)的最高燃烧压力,压缩比每降低1,最大转矩点最高燃烧压力降低0.8 MPa,标定点最高燃烧压力降低1.16 MPa;得出优化后的压缩比和喷油提前角相对变化值为14.9°CA和4.3°CA. 根据试验机的结构条件,利用试验机在柴油机台架上验证了优化结果的可行性。