基于扩展卡尔曼滤波的三轴气浮台质心位置测算方法

基于三轴气浮台的全物理仿真是航天器仿真的重要手段,为了减小重力带来的干扰力矩,需要精确测量气浮台的质心位置,从而为气浮台调平衡装置提供必要信息.在建立三轴气浮台动力学模型的基础上,仿真了气浮台的运动过程.采用最小二乘法和扩展卡尔曼滤波(EK F)对仿真的气浮台运动姿态信息进行处理,测算出质心的位置.并通过比较气浮台调平...     

3自由度气浮台力学性能研究--关于不平衡力矩的补偿

提出了一种气浮台自重变形引起的不平衡力矩的补偿方法,即将气浮台平台质心与回转中心在垂直方向相距以微小距离,从而使气浮台的刚体质心与回转中心不重合产生的不平衡力矩与平台自重变形引起的不平衡力矩在气浮台水平两角最大工作范围处相互抵消。采用航天器姿态动力学理论讨论了补偿后的最大不平衡力矩变化规律,论证了此种补偿方法适用于气浮台绕水平面内过回转中心的任意轴旋转的情况。计算结果表明,当工作范围为±25°时,补偿后的最大不平衡力矩仅为补偿前的1／25。     

重力引起的3自由度气浮台各类不平衡力矩关系及影响

为了提高3自由度气浮台的仿真精度,减小重力引起不平衡力矩的影响,提出气浮台弹性不平衡力矩的计算及补偿方法。建立气浮台重力引起的静态、弹性、重力梯度和总不平衡力矩的计算模型,分析重力引起的各类不平衡力矩关系及影响。通过对比发现气浮台质心位置相对回转中心较远时,静态不平衡力矩起主要作用。随着质心位置接近回转中心,弹性不平衡力矩逐渐成为影响气浮台平衡的主要因素,此时质心位置与回转中心距离的减小已不起作用,说明弹性不平衡力矩是制约气浮台精度提高的主要因素。提出静态不平衡力矩与弹性不平衡力矩相互补偿的原理,给出自动调平衡系统补偿算法。试验结果表明采用补偿方法是减小气浮台不平衡力矩的有效措施。     

3自由度气浮台力学性能研究--关于自重作用下不平衡力矩的分析

根据航天器姿态运动理论和弹性力学薄板弯曲理论,推导出重力作用下的有限元单元质心位移公式和结构整体质心弹性位移公式,计算了3自由度气浮台平台的自重变形引起的质心弹性位移和由此产生的不平衡力矩.对计算结果分析表明气浮台自重变形产生的不平衡力矩的原因是结构各方向的刚度不等,并给出了气浮台在任意欧拉角时的不平衡力矩公式.当气浮台绕水平轴旋转时,不平衡力矩呈正弦变化,俯仰或滚动角为45°时力矩达到最大值.     

三轴气浮台自重作用下旋转角速度的研究

三轴气浮台旋转过程中会存在重心与旋转轴不重合的情况,这样就会有外力拒产生,从而影响气浮台的正常运转。因此如何解决气浮台由于重心偏移产生的附加力矩问题则是提高其运转精度的关键,必须确定其重心偏移位置,进而对其进行补偿,获取三轴气浮台在自重作用下其旋转角速度的精确值则是确定重心位置的关键步骤,从解决实际问题出发,通过传统的数学方法计算出的结果与实体建模进行动态仿真输出的速度进行对比,指出前者使用的局限性,以及使用后者的可行性。     

气浮台轴颈轴承的参数设计

单轴气浮台气体轴承由止推轴承和轴颈轴承组成,轴颈轴承虽没有负载要求,但要求具有较高的气膜刚度和一定的径向抗干扰力。对气浮台轴颈轴承按最大刚度准则进行抗干扰设计,表明轴颈轴承采用2个短轴承比长轴承更能提高刚度和抗干扰力。分析轴承供气孔位置、气膜间隙、供气孔数以及供气孔直径对轴承静态特性的影响,确定轴承的最佳参数以获得较大的气膜刚度和良好的静压稳定性。对设计的轴颈轴承进行径向抗干扰力校核,保证了气浮台具有良好的工作性能。     

3自由度气浮台力学性能研究——自重作用下平台结构平衡敏感性分析

基于运动弹性动力学理论建立3自由度气浮台平台的力学模型。根据航天器姿态动力学理论推导出自重作用下在气浮台姿态变化过程中平台质心变化公式和所需配重公式,从而获得气浮台平台不平衡力矩的计算公式。应用有限元法计算不同结构参数值组合时平台自重变形产生的不平衡力矩;探究结构各方向刚度相同时参数的变化对不平衡力矩的影响,提出使平台结构不平衡力矩为零的平衡点概念;分析平台结构参数变化对不平衡力矩影响大小即平衡敏感性与平台结构刚度之间的关系。结果表明,平台结构中存在许多使平台各方向刚度相等从而不产生不平衡力矩的平衡点。在每个平衡点处,结构参数值的略微变化对平台自重变形产生的不平衡力矩影响相差很大。结构刚度越大,结构参数值变化对平台自重变形产生的不平衡力矩影响越小,即平衡敏感性越低。     

三轴气浮平台供气系统的研究

以三轴气浮平台为背景,介绍了三轴气浮平台供气系统的系统构成.针对气浮球轴承的使用环境,提出了供气系统的精度和安全性能要求.设计了系统的过滤装置、管道以及安全报警装置,并提出了故障应急措施.实验表明系统能对三轴气浮平台实验提供有效安全的供气保障.     

三轴气浮平台质量特性对调平衡影响的研究

建立了三轴气浮平台的动力学模型,通过运动仿真分析,研究了质心位置、转动惯量和惯性张量对台体平衡状态的影响.提出了动力学反演计算质心位置和惯性矩阵的计算方法,推导了计算公式.提出了调节质心和计算惯量矩阵相结合的方法.对仿真结果的计算以及实验数据表明,此方法可减小惯性矩阵测量误差带来的影响,使质心逐步接近于转动中心.     

3自由度气浮台力学性能研究--自重作用对转动惯量矩阵及惯量主轴方向的影响

利用高等动力学理论分析了自重作用下,气浮台平台产生的变形对平台转动惯量矩阵的影响,用有限元法计算了各种欧拉角下的平台的主转动惯量和惯性积,给出任意欧拉角下的计及变形效应一次项时的转动惯量矩阵计算公式,结果表明由于平台变形使主惯性轴方向变化从而使气浮台姿态准确度产生误差.此误差主要受重力单独沿结体坐标系中某一水平轴作用时,平台对此水平轴与垂直轴的惯性积的值的影响.计算得出本例结构气浮台的最大姿态准确度误差为1.4×10-6rad(0.289角秒),完全能够满足卫星所需的姿态准确度要求.     

基于PSO的锅炉最佳过量空气系数的研究

过量空气系数是影响锅炉效率的一个关键因素,根据反平衡法计算锅炉效率,建立过量空气系数与各项燃烧热损失之间的关系,利用粒子群算法找出燃烧热损之和最小下的过量空气系数作为最佳过量空气系数。分析某电厂实际运行工况参数,计算出各工况下的最佳过量空气系数,对燃烧进行调整,达到降低燃烧热损失提高锅炉效率的目的。     

基于气浮轴承技术的小扭矩标准机的研制

介绍上海市质量监督检验技术研究院研制的扭矩标准机的研究过程。对该标准机的工作原理、机械结构和关键技术等进行了论述,并对该标准机进行了不确定度分析,表明该机的不确定度小于5×10-4(k=2)。     

基于ANSYS的静压轴承油腔结构优化设计

基于ANSYS有限元软件对轴瓦结构进行了优化设计,在给定条件下,以承载能力最大为目标函数,对油腔的结构参数进行优化,其优化结果为静压轴承的改进设计提供了最优数据.     

密封条结构参数优化设计方法

为了对轿车车门密封条结构参数进行优化设计，采用遗传算法和神经网络相结合的策略，首先利用神经网络建立密封条结构设计参数与压缩负荷、应力等的非线性全局映射关系，获得求解结构优化问题所需的目标函数，然后用遗传算法进行优胜劣汰的寻优搜索运算，求出最优解。优化结果表明，椭圆形结构在壁厚为1．5mm、高度为20mm时，压缩负荷和应力能达到目标函数要求。压缩负荷和应力的优化结果与理论计算值的误差分别为7．4％、9％，因此，利用神经网络和遗传算法进行结构参数优化的方法是可行的。     

对接动力学仿真台轴承摩擦试验研究

为准确分析轴承摩擦对对接动力学仿真台的影响 ,进行了试验研究。被动仿真台轴承摩擦试验装置采用实体模型 ,主动仿真台采用模型试验装置。试验结果表明 ,被动仿真台轴承最大静摩擦力矩为 1 .97N·m ,主动仿真台最大静摩擦力矩为 7.4480N·m ,而航天器在空间对接产生的转动力矩为 80N·m ,则最大误差为 9.3% ,满足仿真台试验要求。探讨了减小轴承摩擦的一些措施。     

轴承结构参数对曲轴主轴承润滑性能的影响

针对曲轴主轴承润滑性能的影响因素研究,建立考虑轴颈直径、轴承宽径比和轴承间隙3种轴承结构参数的曲轴主轴承热弹性流体动力润滑模型,分析不同轴承结构参数下的主轴承最大油膜压力、最小油膜厚度、最高轴承温度和最大摩擦功率损失。计算结果表明：轴承结构参数对主轴承润滑性能有很大影响;当轴颈直径和轴承宽径比变大时,主轴承最大油膜压力会出现减小的情况,最小油膜厚度变大、最高轴承温度升高和摩擦功率损失增加;内燃机主轴承的轴承间隙会随着轴颈直径和轴承宽径比的不同而有不同影响,且轴承间隙对主轴承最高温度和最大摩擦功率损失的影响较为显著。     

基于空气轴承的高精度圆度测量系统设计

利用高精度空气静压轴承和非接触位移传感器,设计了一套圆度测量系统,可以实现外圆柱面圆度的精密测量。该系统的圆度测量结果与英国TaylorHobson公司的高精度圆度仪测量结果对比表明,可以达到0．1μm以下的测量精度。多次测量证明,该系统测量结果重复性好、可信性高。     

基于流体域仿真的高速风机气浮箔片轴承动静特性研究

气浮轴承特性对高速风机转子稳定性有显著影响,气浮轴承的静特性与动特性计算是准确获得转子系统失稳转速的基础。通过建立气浮轴承物理模型,以及对应的流体域模型,设定气浮轴承工作状况下的参数,模拟其在工作状况下的流体域分布情况,调整轴心位置,找到标准工作状况下的轴心位置,实现气浮轴承的静特性计算。在静特性计算的结果的基础上,赋予轴颈同频的扰动,模拟流体域分布情况,得到在给定扰动情况下轴颈的受力情况,根据力的变化求解得到气浮轴承对应的刚度系数与阻尼系数,实现气浮轴承动特性的计算。结果表明：随着转速的不断提升,稳定时的轴心位置会逐渐向气浮箔片轴承的圆心靠近;在一定的工作转速范围内,轴承的直接刚度系数随着转速的提升而下降,直接阻尼系数则在工作转速范围内下降到达低值后上升。分析气浮轴承的特性系数与转速之间的变化规律,可为开展转子系统动力学研究提供理论基础。     

船舶尾轴承变形对其承载能力影响的理论及试验研究

由于船舶螺旋桨的较大重力的作用,螺旋桨轴和尾轴承易发生变形,改变了尾轴承与螺旋桨轴颈之间的间隙分布,在尾轴承中心线与螺旋桨轴颈中心线之间形成一个变形角。对轴承油膜承载能力与轴承变形角之间的变化关系进行了数值计算,计算结果表明：随着变形角的增大,轴承的油膜承载能力会增大,继续增大变形角,轴与轴承发生部分刚性接触,承载能力迅速增大。同时通过在船舶轴系模拟试验台上测试了轴承油膜压力与变形之间的变化曲线,验证了计算结果的正确性。     

空气动压箔片轴承启停性能的实验研究

为分析空气动压箔片轴承启停过程的内在机制,构建箔片轴承试验平台,采用连续启停和阶梯转速启停2种实验模式对箔片轴承的启停特性进行深入研究,获得箔片轴承启停过程中摩擦力矩的真实变化规律;结合气体润滑理论,预测箔片轴承摩擦力矩在全转速范围内的变化规律,从工程角度给出了箔片轴承起飞转速的合理定义。结果表明:体接触摩擦力矩和气膜剪切摩擦力矩组成,在全转速范围内,箔片轴承的合成力矩随着转速的升高先降低后升高;工程角度看,当箔片轴承在设定转速下工作时,只要测量合成力矩相对于启动时最大力矩下降了很大的幅度,可以认为此时的箔片轴承已经起飞,即当前状态的箔片轴承具备承受相应负载的承载能力。