用Pro/ENGINEER进行后收式减摇鳍执行机构的机构运动分析

文章介绍了机构运动分析的必要性,并通过Pro/ENGINEER对后收式减摇鳍中的鳍角反馈机构、收放鳍机构、襟翼驱动机构进行了运动仿真,并分析了各自的结果.     

基于仿生鳍的两栖驱动机构运动分析

为证实一种新型两栖驱动机构合理,并为之后研究提供基础,通过运用有限体积法,将柔性三维薄板视为仿生鳍鳍进行模拟分析,在水下环境中具体研究了振幅、周期等参数对仿生鳍运动的影响并分析推进原理,发现仿生鳍运动模式与马陆倍足运动方式基本一致。陆地上的研究通过建立运动学、动力学方程进行分析。结果表明,在水下仿生鳍单参数变量为振幅时主要影响运动的最大速度,与速度呈正比关系;为周期时影响加速度,与之呈正比关系;而推进效果是由仿生鳍两侧高、低压中心产生的正压梯度所提供。在陆地上仿生鳍的约束力足以提供运动所需驱动摩擦力,从而证明仿生鳍不仅可在水中进行巡游,而且通过调整结构姿态可实现在陆地的运动,由一套驱动机构实现了两栖运动功能。     

电机-智能材料复合型仿生鳍设计及分析

针对目前开发的仿生鱼鳍驱动方式及其功能单一等不足,提出一种电机-智能材料复合型仿生鳍。首先介绍仿生鳍机构原理及设计思路,对仿生鳍单元的运动关系进行建模;结合动力学仿真软件分析不同曲柄长度时鳍条运动角位移、角速度和角加速度随时间的变化情况;最后试验测试仿生鳍推进器的平均推进速度和平均推进力随鳍条运动频率的变化情况,并比较分析相同运动学参数下鳍条摆幅从根部至端部逐渐增大运动模式和鳍条摆幅从根部至端部等幅运动模式推进性能的差异。该研究充分利用机电系统响应速度快和驱动力大的优势,结合智能材料形状记忆合金功重比高和柔性驱动等优点,使仿生鳍不仅实现了两种驱动方式上的融合,而且通过仿生鳍的多种运动方式(波动、摆动以及复杂三维柔性运动),满足了巡游、转弯以及稳定性调节等多种需求。     

鳍结构对SWATH船纵向稳定性及运动性能的影响

针对保持SWATH船纵向运动稳定鳍的结构尺寸难以确定的特点，从实船对鳍的展长和弦长取值的约束条件出发，利用计算机仿真出SWATH船在40kn的航速范围内保持纵向运动稳定的鳍结构尺寸的变化范围，然后，从这一范围内确定出不同航速且具有一定运动性能要求的鳍尺寸变化范围。以此为基础仿真出了对应于不同航速SWATH船在静水中的升沉和纵摇运动性能指标的变化范围。结果表明，此方法直观、有效，能初步确定稳定鳍尺寸并分析静水中鳍尺寸对SWATH船运动性能影响。     

国内外收放式减摇鳍装置转鳍机构性能对比分析

介绍了国内外常见的收放式减摇鳍装置转鳍机构形式,提供了NACA鳍型的转鳍力矩水池试验曲线,分析各种转鳍机构的转鳍力矩,就重量、外形尺寸、工艺、外部接口、对鳍轴及轴承影响等方面进行了性能对比。     

线翎电鳗仿生鳍水动特性研究与试验测试

以线翎电鳗为仿生对象，设计一款鳍条驱动的波动长鳍，建立其运动学模型，采用SST k-ω湍流模型对三维非定常不可压缩流体的N-S方程进行求解，研究波动鳍的水动特性并分析波动鳍摆动角度、摆动频率等运动参数对波动鳍推进性能的影响。针对波动鳍需要经常贴近水底工作的情况，研究波动鳍与底面距离的变化对推进性能的影响。研究表明：在波动鳍运动时，鳍面两侧形成较为明显的反卡门涡街，从而在波动鳍的尾部形成一股射流，产生向前的推力；波动鳍的推力和横向力都随着摆动角度、摆动频率的增加而增加，但在一个时间周期内，推力的波动次数大约是横向力的2倍；波动鳍与底面距离的变化对波动鳍的推力影响很小，但当波动鳍与底面距离小于波动鳍宽度的1/5时，波动鳍的横向力明显增大。通过试验验证了数值模拟结果的正确性与合理性，该研究可为高性能波动鳍推进器的设计提供理论依据。     

基于减摇鳍辅助回转的船舶操纵性能研究

基于MMG分离式建模思想，考虑作用在船体、螺旋桨、舵、鳍的水动力作用，建立双桨双舵船舶四自由度非线性数学运动模型，对某船模在静水中的回转性能进行仿真分析，将单独舵控制的仿真结果与船模试验结果进行了验证和分析，并对比了单独舵控制和舵、鳍联合控制下的回转性能，结果表明鳍参与控制回转时能明显缓解回转过程中的横倾。     

鳍参数对某型SWATH船纵向运动稳定性的影响分析

小水线面双体船的控制鳍对其纵向运动稳定性影响较大。本文在SWATH船纵向运动稳定性判定的基础上,以某型SWATH船为例,分析了控制鳍的安装位置、鳍面积等参数变化对其不同航速时纵向运动稳定性的影响。分析结果对SWATH船控制鳍的设计使用具有一定的参考。     

SWATH纵向运动稳定性分析与航行姿态控制研究

论文参考水翼艇运动方程对SWATH(小水线面双体船)纵向运动进行了理论推导,得出了特征方程。将该方程应用到了某型SWATH中,对该船光体的纵向运动稳定性进行了预报分析。结合空气动力学提出了稳定鳍的设计方法,并对稳定鳍和船舶光体耦合后的运动稳定性进行了预报分析。通过对两次预报结果的分析比较,证明了采用固定式稳定鳍调节SWATH航行姿态的可行性。     

基于变结构控制理论的船舶非线性控制仿真研究

为厂提高船舶的航行安全性以及航行中的舒适性．设计了舵鳍联合减摇控制器。分析了船舶运动的非线性模型，根据实际情况进行假设，得到了船舶舵鳍联合减摇控制系统的状态方程，把非线性船舶鳍联合控制模型转化为可控正则型；将船舶运动模型看作是由横摇、艏摇、横荡3个子系统构成的大系统．进行了舵鳍联合控制，设计了分散变结构控制器，最后针对这类控制器进行了MATLAB仿真研究。仿真结果表明：舵鳍联合控制器能够很好的抑制船舶的横摇和艏摇，并能尽可能大的减小横荡。     

基于MATLAB的减摇鳍收放过程力学特性仿真

介绍了伸缩式减摇鳍装置收放机构的结构组成,建立了收放机构在收鳍过程的力学模型,并采用三弯矩方程建立了解算方程组,最后通过MATLAB进行仿真,得到收放力等各项力学特性值的变化趋势和极值。结果表明,随着鳍收进的位移增加,收鳍力先减小再增大,当鳍即将完全收入鳍箱时,需要的收鳍力具有最大值。从而解决了伸缩式减摇鳍收放机构研制中的力学问题。     

基于ADAMS和AMESim的升降鳍板锁紧系统特性仿真

以ADAMS为平台,结合Pro/E中建立的三维模型和AMESim中建立的液压系统模型,建立升降鳍板锁紧系统的机械液压联合仿真模型.对升降鳍板运动特性、液压缸活塞杆伸缩速度以及受力、销轴应力应变等进行分析.基于虚拟样机技术对该锁紧机构进行的研究,缩短了产品的研发周期,提高了产品研制的一次性成功率,提高了研究质量,降低了研制成本.     

SWATH船运动中断分析和减横摇控制器设计

针对SWATH船实航时产生的水平筛动问题,研究由横荡、横摇和艏摇的耦合运动产生的船舶运动中断(MII),提出设计SWATH船稳定鳍减横摇控制器,减小MII。通过理论分析MII产生原因和SWATH船稳定鳍工作时产生减摇作用的力和力矩特性,验证利用稳定鳍减小SWATH船横摇运动,抑制MII的可行性。在保证SWATH船升沉和纵摇运动的基础上,设计稳定鳍减横摇控制器,减小SWATH船横摇。仿真结果表明,控制器使SWATH具有良好的纵向运动性能,有效减小了横摇运动,抑制MII。     

复合驱动仿生胸鳍机构设计与水动力研究

针对仿鱼型海洋探测机器人低速时的机动性问题,受鹞鲼鱼类依靠胸鳍摆动实现各种水下运动的启发,设计出一种基于共融理论的复合驱动刚-柔多体耦合仿生鱼胸鳍机构。通过构建基于三维非定常湍流控制方程组的柔性鳍摆动系统水动力学模型,研究仿生胸鳍柔性鳍面摆动时周围压力和速度场的变化情况,分析不同摆动幅度和频率下鳍面的水动力学特性,揭示仿生鹞鲼机器鱼的水下运动机理,对摆动胸鳍的水动力进行仿真。结论表明:鳍面摆动时周围的漩涡能够引起胸鳍面上推力、升力及侧向力按类似正弦变化,而推进力和侧向力的大小随摆动幅值和摆动频率增加而增大。     

基于多目标遗传算法的SWATH船稳定鳍优化设计

针对稳定鳍的各参数对SWATH船纵向运动性能具有较大影响的特点,建立了稳定鳍的多目标优化模型,并运用基于Pareto解的多目标遗传算法对其求解.然后,以SWATH-6A为例对稳定鳍进行了优化设计.从仿真结果来看,在相同条件下优化得到的稳定鳍能使SWATH船具有更好的纵向运动性能.因此,本文的优化方法是合理的、有效的,有一定应用价值.     

大型小水线面双体船纵向运动稳定性及纵向运动分析

以大型小水线面双体船为研究对象,观察其在静水中的纵向运动稳定性以及根据STF方法结合粘性修正方法预报其在波浪上的纵摇、垂荡运动等。首先根据ROUTH稳定性准则从定性角度观察其稳定性,然后从定量角度进行分析,给出其稳定性运动品质评价指标,并与配置稳定鳍后进行对比。最后给出配置稳定鳍后小水线面双体船的纵向运动预报。     

基于变结构控制理论的船舶非线性控制仿真研究

为了提高船舶的航行安全性以及航行中的舒适性,设计了舵鳍联合减摇控制器.分析了船舶运动的非线性模型,根据实际情况进行假设,得到了船舶舵鳍联合减摇控制系统的状态方程,把非线性船舶鳍联合控制模型转化为可控正则型;将船舶运动模型看作是由横摇、艏摇、横荡3个子系统构成的大系统,进行了舵鳍联合控制,设计了分散变结构控制器,最后针对这类控制器进行了MATLAB仿真研究.仿真结果表明舵鳍联合控制器能够很好的抑制船舶的横摇和艏摇,并能尽可能大的减小横荡.     

收放鳍锁紧装置失效原因分析及对策

文章分析了某型船用收放鳍的工作原理和锁紧原理，探讨了该型鳍锁紧装置中的机械锁紧装置和液压锁紧装置可能失效的原因，阐述了鳍自动滑出的过程，并有针对性地提出了在使用、维护和改进中提高其锁紧可靠性，防止鳍自动滑出的几点措施。     

船舶舵鳍联合减摇模糊变结构控制研究

分析了船舶运动的非线性模型,根据实际情况进行假设,得到了船舶舵鳍联合减摇控制系统的状态方程,把非线性船舶舵鳍联合控制模型转化为可控正则型;将船舶运动模型看作是由横摇、艏摇、横荡3个子系统构成的大系统,进行了舵鳍联合控制,设计了舵鳍联合控制器和分散非线性变结构控制器,为了改善控制的品质,又进一步提出了模糊趋近律变结构控制的方法,最后针对减摇控制器进行了MATLAB仿真研究。仿真结果表明:舵鳍联合控制器能够很好的抑制船舶的横摇和艏摇,并能尽可能的减小横荡。     

零航速减摇鳍水动力特性分析

分析零航速减摇鳍的升力模型和力矩模型,探讨正弦运动的鳍产生最大升力和最大转鳍力矩与转鳍速度的关系,经对比发现,同一鳍角幅值转鳍下任一时刻升力的大小与经过该点的角速度的平方成正比。为此,采用通用CFD软件计算方法,验证理论模型的规律,在数值仿真的基础上,拟合升力公式和力矩公式的各个系数,并将实船试验转鳍力矩与仿真结果进行对比,结果表明仿真结果能较好地反映实际转鳍力矩的变化规律。