一种新型水下自主航行器无线充电系统耦合器

耦合器是水下自主航行器无线充电系统的关键部件之一,耦合系数和互感是耦合器的核心指标,提高耦合系数和互感的大小及稳定性,以增强耦合器传能水平和抗偏移性能是耦合器设计的关键。本文在分析ε形和环形磁耦合装置基础上,提出了一种优化后的无线充电系统耦合器结构。该型耦合器发射侧采用双D发射线圈,接收侧采用疏松线圈绕制的Π型磁芯,与现有结构相比,该结构通过减小气隙、增大导磁面积,提高了耦合能力,仿真结果表明,在轴向偏移±30 mm下耦合系数变化量约为0.13,在角度偏移±10°度下耦合系数变化量约为0.1,证明该型耦合器具有较高的抗偏移性能。     

基于海水环境下ICPT系统电磁耦合器的研究

感应耦合电能传输技术(ICPT)是近来兴起的一种新型电能传输模式。针对深海环境下海流扰动影响ICPT系统传输性能稳定的问题,利用ANSYS有限元仿真软件分析电磁耦合器不同间隙下耦合系数和电感参数随磁芯偏心量的变化趋势。建立含有补偿电容的互感等效电路,计算分析系统谐振情况下系统功率和传输效率的影响因素,仿真研究系统功率和传输效率随输入电压、负载电阻、频率和线圈匝数的变化规律,为提高海水环境下ICPT输系统的优化设计提供参考。     

基于HFSS和无线充电的线圈天线设计

本文基于无线充电,通过基于有限元法的电磁仿真软件(HFSS)对线圈天线进行3D建模。在二端口网络分析法的基础上,建立谐振式无线充电的等效电路模型,求解出系统最大传输效率时的表达式。基于以上方法,研究本文设计的线圈天线传输特性,包括线圈天线的S参数、驻波比、充电效率和3D电磁场分布图,得出线圈天线在中心频率2.8 GHz处发生谐振,输入回波损耗最小,为–29.11 d B,且充电效率可达到84.15%。此外,线圈天线具有成本低、结构简单等优势,因此该设计对无线充电的研究有很好的借鉴作用。     

电磁斥力机构中线圈外半径与轴向厚度之比的最优范围

本文采用科学计算软件MAPLE编程对电磁斥力机构中线圈与斥力盘的电磁耦合系数进行计算,并分析了在不同线圈外半径与轴向厚度之比的情况下电磁耦合系数的变化趋势,得出了线圈外半径与轴向厚度之比设计为9～12比较合适的结论,对电磁斥力机构的设计有一定的参考意义。     

磁感应耦合式无线电能传输系统效率分析及控制策略研究

磁感应耦合无线电能传输是无线电能传输方式的一种,该技术日趋成熟,已经被应用于许多行业,如电动汽车、电子产品、医疗设备、工业设备等行业。介绍了几种传统的无线电能传输方式的工作原理,并对比了这几种传输方式的优缺点。介绍了松耦合变压器的结构,并分析了不同补偿方式下,单补偿网络与双补偿网络拓扑的优缺点,进而确定试验中原、副边均采用串联补偿电容的拓扑结构。考虑变压器线圈内阻,计算谐振网络传输功率和效率与松耦合变压器互感值和系统工作频率之间的变化关系,再根据变化规律选择合适的工作频率和变压器互感值。对系统进行化简建模分析,搭建系统仿真模型,通过仿真验证了整个系统设计的可行性。     

装有两对鳍的减摇鳍耦合系数计算及减摇仿真

在提出装有两对鳍的减摇鳍船舶横摇模型的基础上,根据前后鳍水动力干扰影响的存在,提出了前后鳍耦合系数,然后通过应用离散涡格法来计算前后鳍鳍上耦合系数,并由装有两对鳍的船舶横摇模型,考虑到前后鳍耦合系数,对船舶进行减横摇仿真。     

高稳定性无线电能传输耦合机构设计与优化

针对耦合机构偏移会导致参数变化的问题，设计了一种三线圈结构的耦合线圈。通过在接收线圈内部增加反接线圈提高了耦合机构整体的抗偏移性能，并对耦合机构的封装外壳进行结构和热设计，保障耦合机构在11 kW的高功率等级下仍能安全稳定工作。     

船舶轴系纵扭耦合振动计算分析

本文建立了分析大型船舶轴系纵扭耦合振动计算的系统矩阵模型，从耦合效应的角度考虑，柴油机曲轴用当量耦合刚度表示，螺旋桨则用当量加速度耦合系数和当量速度耦合系数描述，通过对实船轴系纵扭耦合自由与强迫振动计算，对耦合振动的一般规律进行了分析。     

电磁感应式水下松耦合变压器的设计与仿真

水下自治机器人的电能传输是深海资源勘探中必须解决的问题。如今大部分水下机器人采用接触式电能传输方法,然而其系统的复杂密封结构使其接口会出现严重磨损并存在漏电隐患。与接触式方法相比,非接触式电能传输技术^([1])(CLPT)方法避免了电击、漏电等危险,而且不需要复杂的密封工艺。首先,建立无线电能传输系统的互感和励磁模型,然后分析其系统传输特性,建立水下CLPT模型,利用ANSOFT仿真软件,得到自感、互感及耦合系数,通过对耦合器性能参数、漏磁屏蔽等进行有限元分析,实现电磁耦合器结构[2]的优化设计。进一步仿真耦合系数与气隙、输出电压和传输效率随负载的变化规律。仿真结果表明,优化后的电磁耦合器具有良好的耦合特性,能够充分发挥无线电能传输系统的优势,通过安全高效的传输方式地为水下机器人提供足够的电能。     

基于流固耦合的螺旋桨性能分析及参数优化

为了研究某型螺旋桨水动力及强度特性。首先建立螺旋桨实体模型,再在CFX中设置计算条件,运用CFD有限元方法计算与分析不同进速下螺旋桨的推力系数、转矩系数、敞水效率以及桨叶压力分布等水动力参数特性及其变化趋势;然后通过Workbench平台应用流固耦合方法,将CFX求解得到的螺旋桨表面压力载荷加载到螺旋桨结构强度分析模型上,对螺旋桨的强度进行计算。最后通过改变纵倾角和螺距对螺旋桨结构进行优化,并将仿真结果与原桨比较,结果表明适当增大纵倾角能增大螺旋桨强度,适当降低螺距能提高螺旋桨敞水效率、提高抗空泡性能并增大螺旋桨强度。     

基于流固耦合的螺旋桨性能分析及参数优化

为了研究某型螺旋桨水动力及强度特性.首先建立螺旋桨实体模型,再在CFX中设置计算条件,运用CFD有限元方法计算与分析不同进速下螺旋桨的推力系数、转矩系数、敞水效率以及桨叶压力分布等水动力参数特性及其变化趋势;然后通过Workbench平台应用流固耦合方法,将CFX求解得到的螺旋桨表面压力载荷加载到螺旋桨结构强度分析模型上,对螺旋桨的强度进行计算.最后通过改变纵倾角和螺距对螺旋桨结构进行优化,并将仿真结果与原桨比较,结果表明适当增大纵倾角能增大螺旋桨强度,适当降低螺距能提高螺旋桨敞水效率、提高抗空泡性能并增大螺旋桨强度.     

螺旋桨流固耦合多目标优化设计

本文提出将NSGA-Ⅱ多目标优化算法应用于螺旋桨多目标优化设计,并通过面元法和有限元法实现螺旋桨流固弱耦合.通过计算安装在Seiun-Maru(一艘日本散货船)上的HPS大侧斜螺旋桨压力系数分布和压力脉动,考虑了流固耦合效应的计算精度要高于不考虑流固耦合效应,验证了考虑流固耦合的必要性.本文以螺旋桨效率、非定常力和重量作为目标函数,在满足水动力性能、结构响应和空泡性能等约束条件下,选取描述螺旋桨外形的6个参数作为设计变量,以此建立优化函数.在不同近似最优解和非设计点为初值的算例中,其结果均改善了所有目标函数,验证了本文方法的有效性、适用性和鲁棒性.本文提出的多目标优化方法将有助于提高设计效率,节省计算资源,可成为未来螺旋桨设计的有效工具.     

水下自主航行器非接触式充电系统频率控制

水下自主航行器(AUV)非接触式充电系统通过补偿电容与系统电感的谐振作用,使系统的功率因数达到最大,以实现电能的高效传输。在深海环境下,系统初、次级磁芯在受到水流冲击后会产生偏心和间隙,引起耦合系数发生变化,系统的谐振频率点也会发生改变,充电能力下降。本文研究在水流冲击作用下,通过频率控制使系统始终在谐振频率点运行以提高系统的传输能力,并提出了基于锁相环控制的AUV非接触式充电系统的频率控制实现方式。     

实心转子同步电动机起动过程研究

本文介绍了基于场一路一运动耦合的时步有限元法,并应用Ansofl软件,通过编辑电机绕组外部控制电路,实现了同步电动机的自动投励过程的仿真,分析了电机空载启动时的电磁参数。     

复杂外形潜水器的动力学建模

为建立复杂外形潜水器精确的动力学模型,并基于模型设计控制算法,本文以DOE HD2+2无人遥控潜水器(ROV)为对象,应用计算流体力学(CFD)粘流方法与面元法预测水动力系数。为提高计算速度,在保证计算精度的前提下,采用多面体网格,进行网格优化,减少了流体域的网格总数。由于ROV几何外形不对称,基于最小二乘法分段拟合了阻尼力/力矩与速度的曲线,建立了耦合的阻尼矩阵和附加质量矩阵。最后,基于CFD计算的水动力系数建立了Matlab Simulink动力学仿真模型,并通过水池操控实验对所建动力学模型进行了有效性验证。     

潜艇受撞数值仿真的附加质量模型

潜艇受撞有限元数值仿真计算时需要考虑流—固耦合作用的影响,可以直接采用流-固耦合模型计算,但需要花费巨大的计算时间,也可以采用附加质量模型,在不影响计算精度的前提下,可以大大减小计算时间,提高计算效率.文中分别采用增加密度和增加质量点单元质量的方法建立了两种潜艇受撞的附加质量模型,并进行了有限元数值仿真计算,通过与流—固耦合模型计算结果对比、分析,表明采用后一种方法建立的附加质量模型与流—固耦合模型的仿真计算结果比较接近,可作为潜艇受撞有限元数值仿真的计算模型.     

复杂外形潜水器的动力学建模

为建立复杂外形潜水器精确的动力学模型,并基于模型设计控制算法,本文以DOE HD2+2无人遥控潜水器(ROV)为对象,应用计算流体力学(CFD)粘流方法与面元法预测水动力系数.为提高计算速度,在保证计算精度的前提下,采用多面体网格,进行网格优化,减少了流体域的网格总数.由于ROV几何外形不对称,基于最小二乘法分段拟合了阻尼力/力矩与速度的曲线,建立了耦合的阻尼矩阵和附加质量矩阵.最后,基于CFD计算的水动力系数建立了Matlab Simulink动力学仿真模型,并通过水池操控实验对所建动力学模型进行了有效性验证.     

大型滚装船码头系泊能力数值仿真研究

为了分析风浪流环境因素对于某大型滚装船码头系泊能力的影响,并准确评估码头系泊系统的安全性,本文基于三维势流理论,采用Ansys-aqwa软件,对某大型滚装船码头系泊进行频域水动力分析和时域耦合仿真分析。首先通过频域水动力分析研究该大型滚装船在规则波中的基本性能,然后通过时域耦合仿真计算研究该滚装船码头系泊能力及系泊系统的安全性,并分析计算了各工况下该滚装船的六自由度动力响应。     

电调谐式微带线滤波器的设计

本文介绍了一种电调微带线滤波器的设计方法。通过仿真计算得到了外部耦合系数与抽头对地距离的关系曲线。利用电路仿真软件ADS对整体实际模型进行了仿真和优化。设计了一种调谐范围为1-1.5GHz、插入损耗小于5dB、相对带宽4%的电调谐微带线滤波器。     

考虑温度场环境的高温超导线圈Ⅰ-Ⅴ特性仿真分析

采用Ansys有限元分析软件,建立电磁场和温度场物理环境,通过顺序耦合,将在电磁场环境中计算的磁场分布、局部体生热率数据映射到温度场,计算温度场瞬态解,并更新局部体生热率,直到温度趋于稳定,从而获得考虑温度场环境高温超导线圈的I-V特性曲线.