水下船体表面清刷机器人吸附及移动性能分析

为了保证水下船体表面清刷机器人吸附可靠和运动灵活,需要合理地确定机器人的吸附力和驱动力矩.首先介绍了机器人的工作原理,以及机器人可能遇到的危险状态;然后对机器人进行了力学分析,建立了机器人相对船体表面静止和运动时的力学和数学模型,运用"极值寻优法",确定了机器人在水下船体表面上工作时所需最小的吸附力和驱动力矩;运用MATLAB对数学模型进行了仿真分析,分析结果与上述理论计算结果相符.这些研究为确定机器人的吸附力和驱动力矩提供了理论依据,保证了机器人在水下船体表面上吸附和移动的可靠性.     

中高速深V型船阻力预报方法及尾板减阻机理

为了提高深V船阻力性能及预报精度,针对中高速深V型船航行姿态变化显著的特点,采用RANS方程计算船体航行时流场压力分布,通过静力平衡迭代求解船体航行时实际升沉及纵倾,进而计算阻力;模型阻力数值计算和试验结果的对比表明该方法阻力预报误差在2％～4％.深V型船尾板减阻原因来源于3个方面:航行纵倾角的减小、船体压差阻力的减小...     

水下船体表面清刷机器人移动机构的研究

为了实现机器人在水下船体表面上可靠吸附和灵活运动的功能,开展了水下船体表面清刷机器人移动机构的研究.介绍了水下船体表面移动机构的基本组成、工作原理和方案选择,对该移动机构进行了运动学建模,确定了运动学参数.分别在空气和海水介质中,对该移动机构进行了力学分析,确定了所需的磁吸附力.按照实际的需要,根据磁轮的吸附力,选择了永磁材料,设计了磁轮的结构参数.轮与机架采用弹性元件联接,使得移动机构具有被动柔顺的功能.由于磁轮外表面外套花纹橡胶环,增大了摩擦系数,保护易脆的磁环,使得该机构转弯灵活、不易打滑和吸附可靠.通过实验分析可知,该移动机构不仅适于水下船体表面上的运动,也适于水上船体表面上的运动.     

直进轮式微型管道机器人的行走系统设计

微型管道机器人是一种适合小口径管内移动作业的微型机器人,其移动机构是机器人研究领域重要的研究内容之一.介绍了直进轮式微型管道机器人行走机构的设计.提出了管道内受限微机器人的动力学模型,并分析了微型管道机器人的动力学稳定性.该移动机构具有结构紧凑,驱动效率高,安装方便,工作可靠,成本较低的特点.     

工况参数对乏风瓦斯热氧化阻力特性的影响

为了揭示氧化装置每个工作循环内的阻力变化机理,基于60 000m3/h煤矿乏风热逆流氧化试验装置建立热氧化的控制方程,并采用多孔介质模型对氧化过程的阻力非定常变化特性进行研究.结果表明:进气速度和散热功率增大后燃烧波的移动加快;阻力损失的大小与高温区面积有关,进气速度、甲烷体积分数和初始温度增大阻力损失升高,而散热功率增大阻力损失降低;阻力损失的非定常变化规律与氧化反应放热量和系统散热量的相对大小有关,进气速度、甲烷体积分数和初始温度增大后阻力损失随时间增大,而散热功率增大后阻力损失随时间减小.     

喷水推进三体船推力减额计算及分析

为分析喷水推进船推力减额在不同航速下的变化规律,基于非定常雷诺时均方程及VOF模型求解船舶粘性流场,考虑船模纵倾角及升沉变化,采用体积力的方法代替泵的作用,数值模拟了三体船模喷水推进自航。自航时船模纵倾角及吃水增加,阻力增额恒为正值,动量减额恒为负值。三体船在较低航速时有较大的推力减额,随着航速提高推力减额变为负值。动量减额是高航速时推力减额为负的主要原因。低航速时艉板浸没在水中,喷口在水面以下喷射水流,此时有较大的正阻力增额和较大的负动量减额,喷水推进器流道及喷口的安装使船体几何面积有较大减小导致静压阻力增加,是低速时阻力增额的主要原因。高速时艉板由湿变干,喷口在水面以上喷射水流,阻力增额及动量减额的绝对值减小,船模姿态变化是高速时阻力增额的主要原因。随着航速的提高,出口阻力不断增大,构成了动量减额的主要成分。     

全海深AUV上浮运动稳定性分析

针对现有的水下机器人的运动稳定性分析仅局限于定深直航的现象,本文对全海深AUV上浮运动稳定性进行研究,研究内容对机器人的稳定性判别和相应的机器人水动力型体设计以及运动控制策略设计具有重要意义。论文根据古尔维茨判别法的思想推导了全海深AUV从水面下潜至工作深度以及从工作深度上浮至水面的运动稳定性判定公式,通过计算一台全海深AUV的水动力系数,利用所推导的稳定性判定公式,对该台水下机器人的运动稳定性进行评判,结果表明该水下机器人的稳定性符合设计要求,全海深AUV在上浮过程中具有良好的动稳定性。     

螺杆式注塑机合模装置设计及分析

通过对注塑机注塑成型技术的研究和分析,对常用注塑机合模装置机构的探讨和总结,设计了一款新的合模装置。该装置利用了曲柄滑块机构共线时的死点实现模具的锁死,为确保合模稳定,在设计时在曲柄与连杆共线的位置限制一个方向的转动。为使合模装置在一定的误差和变动的环境下能保证模具的锁死,通过对结构的设计使曲柄在锁模时由于重力而产生一个在被限制方向的转矩,从结构上实现锁模从而减小了对驱动电机的能耗。该装置还有一个优点就是在合模和开模过程中,动模的移动速度都是慢快慢的过程,不用刻意控制合模速度。     

一种两栖运载机器人水陆运动性能研究

针对所设计的一种两栖运载机器人进行了水陆关键运动的分析。陆地上基于多关节履带的特点规划了机器人爬台阶的2种步态,对规划的2种步态建立攀爬台阶和翻越台阶的运动学模型,获得机器人能够爬台阶的最大高度,并基于动力学规律建立机器人行进间受强瞬态冲击的稳定方程,获得机器人行进间受强瞬态冲击时保持自身稳定性的条件,为机器人机械臂姿态控制提供理论基础;水中采用流体数值方法模拟机器人摆臂伸开与摆臂收缩状态下的水中运动,获得机器人摆臂履带2种状态下的行驶阻力和表面压力,分析机器人行驶阻力和速度关系,获得机器人行驶阻力与行驶速度的关系表达式,为机器人水中行驶摆臂履带状态选择和速度设定提供数据支撑。     

回转阻力矩对30t轴重重载货车直线运行性能的影响

借助于SIMPACK动力学分析软件,充分考虑货车的各种非线性因素,建立了30t轴重重载货车动力学模型。运用此模型分析了回转阻力矩对30t轴重重载货车直线运行性能的影响。结果表明:随着回转阻力矩的增大,货车临界速度逐步增大且运行稳定性提高;30t轴重货车在直线轨道上运行时,回转阻力矩越大,车辆运行性能越好,且车辆横向动力学性能指标随着回转阻力矩的增大而显著减小,车辆垂向动力学性能指标的减小幅度则相对较小。     

轴向周期载荷下超空泡射弹的动力稳定性分析

针对超空泡射弹水下高速运动时前端受轴向载荷作用,建立超空泡射弹截锥形结构的动力偏微分方程,将其转化为二阶常微分Mathieu型参数振动方程,利用Bolotin方法对其动力稳定性进行数值计算,求解出动力不稳定区域边界.分别分析了不同弹体杆径比、不同射弹航行速度以及不同弹体长度等3种情况对超空泡射弹动力稳定性的影响.数值计算表明,当弹体杆径比增大时,射弹动力不稳定区域整体减小且不稳定激发频率增大;而弹体长度或航行速度增大时,射弹动力不稳定区域整体增大且不稳定激发频率减小.     

组合附体对双体船水动力性能的影响分析

双体船具有低阻力、高航速、良好操纵性和甲板宽大等优点,但是由于长宽比较小,双体船在斜浪中的扭摇运动比较剧烈。为了改善双体船的耐波性,采用T型水翼作为减摇附体来提高船体的附加质量和阻尼。然而,使用T型水翼进行减摇可能造成双体船的航行阻力增大。本文提出了采用尾压浪板改变船体纵倾、以对带T型水翼的双体船进行减阻的方案,并基于数值仿真和模型试验等手段,对比研究了不同航速下加装与不加装T型水翼及压浪板的双体船的航行阻力和耐波性。研究结果表明,在Fn=0.5~0.8的高航速段内,与双体船裸船体相比,加装了T型水翼和压浪板的双体船在静水中的航行阻力略有减小,而在波浪中的升沉运动响应平均减小了11.2%,纵摇运动平均减小了21.3%。采用T型水翼和压浪板作为组合附体,可实现双体船的阻力和耐波性等水动力性能优化的目的。     

一种全方位移动机器人的系统设计

针对机器人寻找场地黑色中心区域的任务要求,研制一种四轮驱动全方位移动机器人.依据机器人所需的驱动力,计算驱动电机的功率,并对电机进行选型,分析机器人的转向性能,设计基于ATmega128单片机的控制系统.机器人性能实验结果表明:设计的全方位移动机器人采用前、后轮逆相位转向时,运动稳定性较好,并能够准确地找到目标点.     

一种微型管道机器人移动机构的设计

论述了微型管道机器人移动机构的发展背景，在介绍了已有的微型管道机器人移动机构的基础上，指出了这种移动机构的缺陷．然后设计了一种新型微型管道机器人的移动机构，并给出了其运动机理及电磁铁的主要参数计算公式．这种新型微型管道机器人的移动机构以电磁驱动，可实现在微型管内的双向蠕动运行，并能够较顺畅的随弯管形状被动转向．     

基于喷雾冷却的发动机排气系统减阻

采用电加热喷雾冷却减阻试验台,系统研究了喷雾流量、喷雾倾角、气流温度、气流速度影响发动机排气系统减阻性能的规律;采用基于离散相模型（DPM）的数值模拟,阐释了喷雾冷却大幅降低排气阻力的原因。研究结果表明：喷雾流量为12～24 mL/s时,减阻率随喷雾流量的增加而增大;喷雾倾角由45°增加至90°时,减阻率先保持不变后减小,45°和60°喷雾倾角时的减阻效果均为最佳;气流温度为200～300℃时,随着气流温度的升高,减阻率呈增大趋势;气流速度由20 m/s增大至30 m/s时,减阻率逐渐下降。排气系统喷雾后阻力大幅度减小的原因是喷雾后气流速度降低,湍流强度降低,局部阻力和摩擦阻力显著减小。     

多缸并行驱动液压系统建模与动态特性分析

为揭示多缸并行驱动液压系统多参数耦合作用规律,采用解析法建立了液压机驱动系统动态数学模型。利用变步长Runge-Kutta法探讨了粘性阻尼系数、油液有效弹性模量、管道内径、运动部件质量以及负载刚度等参数对驱动系统动态特性的影响规律。结果表明：粘性阻尼系数增大或减小运动部件质量使系统瞬态振荡幅度减弱;油液有效弹性模量增大或管道内径减小,系统响应速度加快;随着负载刚度增大,主缸稳定压力值增大,开环系统稳态误差增大。液压机在快降过程中不宜采取主动同步控制方式。液压机空载或工件处于塑性变形阶段应重点关注系统稳定性,而工件处于弹性变形阶段时,则应着重提高系统的跟踪精度。研究结果可为液压机驱动系统设计和参数选择提供理论依据。     

颗粒帘换热器气体变径均流装置的设计与实验研究

设计6种不同结构形式的颗粒帘换热器气体变径均流装置,测得各变径均流装置出口气流的纵向与横向分布及其流动阻力,并分析了入口气流流动特性对变径均流装置出口气流均匀分布程度的影响。实验结果表明:气体变径均流装置的流动阻力随出口气流均匀分布程度的增大而增大;变径均流装置出口气流均匀分布程度随入口气流Re数的增大而减小;5#变径均流装置出口气流纵向分布相对均方根值仅为0.072 1,横向分布相对均方根值仅为0.038 6,气流分布均匀程度满足实验精度要求,展现出良好的应用前景。     

川藏铁路线路坡度对动车组隧道通过气动性能的影响

为研究川藏铁路线路坡度对长大隧道内运行动车组气动性能的影响,采用一维可压缩非定常不等熵流动模型和广义黎曼变量特征线法,对列车通过不同坡度的长大隧道气动性能进行数值计算,分析了线路坡度对列车通过隧道时气动阻力及压力波的影响.研究结果表明:上坡通过隧道的列车头尾车车外压力随坡度增大呈减小趋势;下坡通过隧道的列车头尾车车外压力随坡度增大呈增大趋势;列车上坡通过隧道时平均阻力明显大于相同坡度下坡时的平均阻力;上坡通过隧道时气动阻力最小值出现在列车车头驶入隧道时刻,气动阻力最大值出现在车尾驶入隧道诱发的膨胀波传至车头时刻;平直坡道通过隧道的列车气动阻力在一定时间段维持恒定,而上下坡通过隧道的列车气动阻力达到最大值后一直呈减小趋势.     

新型爬壁机器人越障机理及能力研究

爬壁清洗机器人是在危险的高层建筑环境下替代人进行清洗工作的机械,其可靠性和稳定性尤为重要. 在分析传统爬壁清洗机器人弊端的基础上,针对玻璃存在的窗框障碍物,设计一种四旋翼摆臂式爬壁清洗机器人.机器人基于履带式底盘结构,通过旋翼旋转产生推力提供壁面行走所需的吸附力,并设计相应的机器人摆臂变形机构,增加机器人的壁面越障能力. 从运动学角度分析机器人越障时的运动机理,建立机器人壁面攀爬的运动学模型. 在RecurDyn的Track LM模块环境下,对机器人越障过程进行运动学仿真,得到驱动轮的驱动转矩、旋翼推力随时间变化曲线;对Y轴重心位置和加速度变化曲线分析,机器人在越障过程中能够保持良好的平稳性,论证了四旋翼摆臂式爬壁清洗机器人的越障能力和越障过程中的平稳性.     

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。