超空泡航行体尾部滑行力实验研究

超空泡航行体尾部沾湿滑行水动力对其水下运动特性具有重要影响。本文建立了圆柱后体在空泡内动态摆动滑行力水洞实验方法,开展了圆柱后体静态不同攻角和动态不同摆动角速度滑行水动力测量实验,获得了不同工况下滑行面几何特性和滑行力特性,并基于实验数据提出了滑行升力估算的经验公式。与理论公式比较表明,滑行力随浸没角、浸没深度变化的规律一致,Hassan模型预估值比实验值大,Paryshev模型预估值比Hassan模型更大些。     

基于MATLAB仿真的气动肌肉静态特性研究

本文主要通过理论分析、MATLAB仿真,对气动肌肉的静态特性及柔性夹持特性进行了研究。建立气动肌肉考虑橡胶弹性力和摩擦力的数学模型,并且使用MATLAB仿真,包括初始值模块、理想数学模型模块、弹性力模块、摩擦力仿真模块。通过MATLAB仿真数据验证气动肌肉充气过程中橡胶套筒弹性力以及橡胶套筒与编制网之间摩擦力对气动肌肉输出力的影响。     

磨抛机器人气电力控末端执行器负载特性研究

针对现有船舶制造业中人工打磨或砂带磨削等磨抛作业难以满足智能制造需求的现状,提出一种面向船舶磨抛机器人的气电混合式力控末端执行器,采用自适应变参数PID控制器对非对称气缸的气动力与大推力永磁直线同步电机的电磁力进行协调控制,实现作业接触力的实时补偿与精确控制。通过对气动系统、永磁直线同步电机系统、环境工件、力和速度控制器等进行建模与数值仿真,研究其负载波动响应与抗负载冲击特性。仿真结果表明,相比气动力控系统,气电混合式力控系统可消除气动系统振荡特性的影响,在35Hz范围内振动负载作用下的最大力波动幅值由138N(约为稳态值46%)减小至25N(约为稳态值8.4%)；在阶跃负载作用下气缸活塞杆位移振荡和接触力冲击次数显著减少,调整时间分别仅为前者的32.3%和27.3%,有效提高了抗负载波动与冲击特性,可提升船舶磨抛机器人作业质量。     

磨抛机器人气电力控末端执行器负载特性

针对现有船舶制造业中人工打磨或砂带磨削等磨抛作业难以满足智能制造需求的现状,提出一种面向船舶磨抛机器人的气电混合式力控末端执行器,采用自适应变参数PID控制器对非对称气缸的气动力与大推力永磁直线同步电机的电磁力进行协调控制,实现作业接触力的实时补偿与精确控制。通过对气动系统、永磁直线同步电机系统、环境工件、力和速度控制器等进行建模与数值仿真,研究其负载波动响应与抗负载冲击特性。仿真结果表明,相比气动力控系统,气电混合式力控系统可消除气动系统振荡特性的影响,在35 Hz范围内振动负载作用下的最大力波动幅值由138 N(约为稳态值46%)减小至25 N(约为稳态值8.4%);在阶跃负载作用下气缸活塞杆位移振荡和接触力冲击次数显著减少,调整时间分别为前者的32.3%和27.3%,有效提高了抗负载波动与冲击特性,可提升船舶磨抛机器人的作业质量。     

先导式大通径气动电磁阀动态特性仿真分析

从先导式大通径气动电磁阀的工作原理可知主阀复位弹簧刚度、预紧力和先导阀阻尼孔尺寸等结构参数对电磁阀动态特性产生影响。利用AMESim仿真软件建立先导式大通径气动电磁阀的仿真模型,通过仿真对比分析不同结构参数与主阀芯运动速度、位移等运动参数的影响关系,为产品的优化设计提供依据。     

聚氨酯隔振器试验建模与参数辨识

通过试验与理论相结合的方法,对聚氨酯隔振器进行动态特性研究,建立了隔振器的非线性弹性复合阻尼模型,该模型将恢复力分解为非线性弹性力和非线性阻尼力两部分,并用试验数据辨识出了模型中的参数.对比理论与试验结果表明:所建立模型能够很好地描述隔振器的非线性迟滞特性,为以后隔振系统动态特性研究奠定了良好基础.     

FPSO内孤立波载荷实验观测及理论预报模型研究（英文）

利用大型密度分层水槽开展了下凹型内孤立波作用在FPSO上的载荷特性系列实验;并依据实验工况,考虑KdV、eKdV和MCC内孤立波理论的适用性条件,数值研究了FPSO内孤立波载荷成分构成;基于实验结果和载荷成分构成,建立了FPSO内孤立波载荷的理论预报模型。研究表明:FPSO内孤立波水平载荷由粘性力和Froude-Krylov力组成,而垂向载荷主要为垂向Froude-Krylov力;Froude-Krylov力可通过动压力沿FPSO浮体湿表面积分得到,粘性力则通过经实验回归的摩擦系数C_f、形状修正因数K乘以内孤立波诱导水质点切向速度沿FPSO浮体湿表面积分得到。系列实验结果得出:摩擦系数C_f和形状修正因数K与雷诺数Re、KC数和流体层深度比h_1/h有关;摩擦系数与Re呈自然对数关系;而形状修正因数K与KC数呈幂函数关系。理论预报模型预报的水平载荷、垂向载荷结果均与系列实验和数值结果吻合较好,并且发现随着内孤立波振幅的增加,载荷幅值近乎线性增加,而且上层流体深度对水平力幅值有明显的影响。     

RTA48-T型主机气动操纵系统仿真及应用

主机气动操纵系统的主要功能是完成主机的起动、换向和调速。因其包含的气动元器件多,逻辑关系复杂,一旦发生故障,难于判断,因此加强船员对气动操纵系统方面的训练和培训是轮机管理中的一项重点和难点内容。在现有轮机仿真训练系统中,主机气动操纵系统仿真模型为MAN公司的 MC型气动操纵系统,为了扩展现有轮机仿真系统的训练功能,满足不同机型气动操纵系统的训练要求,本文采用逻辑建模方法,同时又考虑到部件的延时特性,建立了瓦锡兰公司的RTA48-T型主机气动操纵系统仿真模型;利用VC++编程软件完成了模型计算;开发了主机气动操纵系统的二维可视化仿真界面;仿真结果表明,模型可以对常见故障进行仿真并与实际现象相吻合。二维界面既能展现实际系统的逻辑关系,又能对延时过程实现可视化动态展示,更好地满足了教学与培训的使用要求。     

FPSO内孤立波载荷实验观测及理论预报模型研究

利用大型密度分层水槽开展了下凹型内孤立波作用在FPSO上的载荷特性系列实验;并依据实验工况,考虑KdV、eKdV和MCC内孤立波理论的适用性条件,数值研究了FPSO内孤立波载荷成分构成;基于实验结果和载荷成分构成,建立了FPSO内孤立波载荷的理论预报模型.研究表明:FPSO内孤立波水平载荷由粘性力和Froude-Krylov力组成,而垂向载荷主要为垂向Froude-Krylov力;Froude-Krylov力可通过动压力沿FPSO浮体湿表面积分得到,粘性力则通过经实验回归的摩擦系数Cf、形状修正因数K乘以内孤立波诱导水质点切向速度沿FPSO浮体湿表面积分得到.系列实验结果得出:摩擦系数Cf和形状修正因数K与雷诺数Re、KC数和流体层深度比h1/h有关;摩擦系数与Re呈自然对数关系;而形状修正因数K与KC数呈幂函数关系.理论预报模型预报的水平载荷、垂向载荷结果均与系列实验和数值结果吻合较好,并且发现随着内孤立波振幅的增加,载荷幅值近乎线性增加,而且上层流体深度对水平力幅值有明显的影响.     

自重构变形桨叶螺旋桨气动推进优化设计方法

传统的螺旋桨推进方法对自重构变形桨叶螺旋桨的适用性较差,究其原因主要由于传统方法中的算法对自重构变形桨叶螺旋桨的结构动力参数与气动推进参数计算逻辑不相匹配,造成推进动力输出的不足。因此,提出自重构变形桨叶螺旋桨气动推进优化设计方法。首先,对自重构变形桨叶螺旋桨的结构动力进行建模,获得螺旋桨自身的结构动力参数;其次,对自重构变形桨叶螺旋桨的气动推进动力进行建模,获得准确的启动推进参数;最后,结合上述模型参数,引入气动推进中心聚类算法,对模型数据进行融合权重聚类计算,得到自重构变形桨叶螺旋桨气动推进匹配值,完成优化计算,并通过仿真实验对其可行性进行验证。     

不同来流条件下翼型积冰特性及其气动性能衰退规律数值模拟研究北大核心CSCD

[目的]旨在研究在寒冷环境下空气中大量存在的过冷水滴在船舶动力系统进气道中结冰对进气系统气动性能的影响。[方法]首先,以NACA 0012翼型为研究对象,对该翼型的气动性能进行数值计算,通过与实验值对比,验证所建立的模型和数值模拟方法的有效性;其次,采用拉格朗日法对过冷水滴的撞击特性进行数值模拟研究,采用用户自定义函数(UDF)对商业软件Fluent进行二次开发,对不同来流条件下该翼型的水收集系数进行数值模拟分析;最后,结合动网格技术和UDF自编程序对该翼型的结冰特性进行单向耦合的数值模拟研究,并分析结冰后的翼型气动性能。[结果]结果表明,来流攻角和水滴直径对水滴的撞击范围和及收集系数有较大影响,来流速度对水滴的撞击范围影响较小,但对水收集系数有一定影响。此外,在0°攻角条件下,翼型前缘积冰对其气动性能影响较小,但是,在5°攻角条件下,前缘积冰对其气动性能有严重影响。[结论]研究结果可为船舶动力系统进气道结冰预测分析以及后续防冰工作提供参考。     

船用太阳能电池输出特性的非线性建模与分析

为了解决传统船用太阳能电池输出特性建模方法得到的输出电压值与实际电压值相差过大的问题,提出一种船用太阳能电池输出特性的非线性建模方法,并加以实验论证。首先定义阳光照射太阳能电池表面的漫射能分数,得到太阳能输出因数,然后确定模型需要的参数,使用一次谐波分量来近似描述太阳能电池的非线性特性,完成船用太阳能电池输出特性的非线性建模。实验结果表明,与传统建模方法相比,船用太阳能电池输出特性的非线性建模方法与其实际输出电压值相差不大,符合船用太阳能电池的实际输出情况,更适合实际运用。     

压气机转子叶片静气动弹性分析

为研究压气机转子叶片弹性变形对气动特性和结构性能影响,采用商业软件Nuimeca和Ansys用流固耦合的数值计算方法,研究跨声速转子叶片在考虑气动载荷和离心载荷共同作用下的静气动弹性变形,分析不同材料属性对叶片静气动特性的影响.结果表明考虑叶片变形后的气动特性曲线往右边移动,更加贴近实验数据.由于气动载荷和离心载荷的作...     

漂浮式风力机在纵摇运动下的气动性能数值研究

与固定式风力机不同,漂浮式风力机气动性能受六自由度平台运动影响。其中,平台纵摇运动的影响尤为重要。本文基于计算流体力学(CFD)方法,使用IDDES模型和重叠网格技术,研究漂浮式风力机气动性能在纵摇运动影响下的特性。使用实验数据验证数值模型,对漂浮式风力机在纵摇运动影响下的气动响应和周围流场实施数值模拟。结果表明,漂浮式风力机气动响应与平台纵摇运动同周期变化,且叶轮推力、扭矩的幅值以及平均功率随纵摇运动振幅增加而增大,随纵摇运动周期增加而减小。此外,发现漂浮式风力机在纵摇运动中的动态失速和尾涡干扰现象。漂浮式风力机的纵摇运动将对其气动性能产生较大影响,因此应在设计阶段予以考虑。     

有限水域试验场声传播特性的仿真计算与试验

在有限水域试验场中进行大型复杂结构的水下声振试验,声信号测量和数据处理是关键。天然水域边界条件未知,水文环境复杂,仿真难度高,增加了数据处理难度。采用Matlab和VB混合编程软件AcTUP,分析试验场"沉积层和水位"的选取原则,得到与试验值较为吻合的仿真模型。通过仿真计算,得到固定深度声源的"无因次量纲"参数、固定水深的声源位置及水面粗糙度对试验场声传播损失的影响规律,并基于射线声学理论对试验值和仿真值的偏差进行非相干分析,得到了有限水域试验场的基本声传播特性。     

船用燃气轮机建模技术研究

建立燃气轮机数学模型是船舶动力及其控制系统研制的重要手段,建模的关键在于提高精度和收敛速度.为解决缺少部件实验特性数据的问题,本文基于相似理论提出了运用转速相似、流量相似和几何相似参数,对已知机组特性数据进行变换,从而获得具有相似关系的待建模机组的特性数据.考虑到两个机组的非绝对相似性,对特性数据进行修正,以提高建模精度.采用传统N-R法与有限域搜索法相结合的方法有效地提高了收敛速度.上述方法业已成功地应用于某型三轴燃气轮机的建模中.     

刚/柔混合建模的动力机械隔振系统特性分析

基于ADAMS仿真平台,运用多体动力学和有限元技术,提出刚/柔混合的动力机械隔振系统的建模方法,建立某四缸柴油机和简化的矩形平板为其柔性基础的隔振系统的动力学仿真模型.对该模型进行仿真计算得到的系统激振力与理论计算十分吻合.特性分析表明,对于刚度较小的隔振器,系统自振频率会成为导致隔振器支承力变化的主要因素,而对于刚度较大的隔振器,系统的低阶固有频率和激振频率均对隔振器支承力的变化产生重要影响.     

计入能量损失的气泡运动三维数值模拟

在前人研究的基础上,假设能量损失主要发生在气泡体积达到最小的瞬间,通过改变压力参数计及能量损失,结合势流理论,建立气泡三维动力学数值模型。采用边界积分法求解该数值模型,计算得到气泡的动态特性,计算值与实验值吻合良好,验证了数值模型和计算方法的有效性。基于此,分别对自由场中和边界附近的气泡动力学特性进行了模拟,包括水下爆炸气泡以及空化气泡,得到了一些规律性的曲线和结论,旨在为气泡的相关动态特性研究提供参考。     

船用燃气轮机启动过程仿真

船用燃气轮机的启动方式主要有液压启动、气动启动和电启动3种形式,本文讨论的燃气轮机采用电动机带动的启动方式.基于非线性化建模方法,本文首先在Simulink平台上建立了燃气轮机动态过程的仿真模型,然后对其启动过程进行了仿真.通过仿真得到的启动电机功率与厂家实验数据非常接近,验证了所建模型的精确性.本文建立的仿真模型层次清晰、可扩展性好,能够全面反映燃气轮机启动过程的动态特性.     

评估设备激励特性的虚拟力方法研究

在结构声传播和声场响应研究中,往往需要以设备的激励特性作为计算模型的输入。若虚拟力作用下的结构响应与真实响应一致,可用虚拟力代替真实激励作为模型输入。文章在前人虚拟力模型的基础上结合改进的分部优化正则化方法,解决测量导纳矩阵的病态问题,提高虚拟力估算精度。文中通过电机模型实验对比了不同正则化方法下虚拟力对结构响应的重构误差,验证文中方法在虚拟力估算中的可行性和准确性。