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。     

不同纵摇轴位置下的二维柔性鳍推进性能与流场特性研究

利用FLUENT软件数值计算了二维柔性鳍作升沉纵摇运动时的推力系数及推进效率,探讨了修正Bose变形方程、均匀载荷和非均匀载荷悬臂梁变形方程等三种柔性模式下纵摇轴位置对摆动鳍推进性能的影响,其中纵摇轴在尾缘处能够获得更大的推力,而最高的推进效率分别对应修正Bose模式下纵摇轴距首缘1／3弦长处和悬臂梁柔性变形模型下纵摇轴距首缘2／3弦长处．同时计算分析了斯特劳哈尔数、最大攻角等参数对柔性鳍水动力性能的影响,建立了最大推力系数和最高推进效率所对应的参数区间,其中低St数的最高推进效率发生在低αmax,高St数的最高推进效率发生在高αmax．     

CMAC与PID的复合控制在减摇鳍中的应用

提出了CMAC与PID复合控制的算法,并以此用于船舶非线性横摇减摇鳍中。以PID控制为反馈控制来保证控制系统的稳定性且抑制扰动,以CMAC为前馈补偿控制器实现系统的逆动态模型来确保系统的控制精度和响应速度。为了提高CMAC神经网络实时在线学习的快速性和准确性,采用了基于信度分配的CA-CMAC-AMS学习算法。其仿真结果与传统的数字PID控制相比较,表明了该复合控制提高了减摇鳍控制系统的减摇效果,并具有较强的抗干扰能力和鲁棒性。     

舵鳍联合非线性数学模型的建立及仿真

针对船舶运动的非线性本质,为舵鳍联合系统建立了具有通用性的非线性数学模型.首先基于MMG(Ship Manoeuvring Mathematical Model Group)的建模思想,建立一个包含风、浪、流十扰的4自由度舵鳍联合非线性数学模型,并详细给出了模型涉及的参数及流体动力导数的计算公式.然后利用该模型对"Hual Trooper"号汽车运输船及"Belnor"号散货运输船进行同转试验及Z彤试验的仿真,得到了一系列与实船试验曲线接近的仿真曲线.仿真结果说明了该模型的止确性和工程可行性.     

仿驼背鲸减摇鳍升力数值计算

驼背鲸鳍的前缘突出部有利于鳍上的升力提升.提出了一种模仿驼背鲸前鳍的减摇鳍,这种鳍型的前缘有正弦形的突出部.借助计算流体力学软件FLUENT,对这种模仿驼背鲸前鳍的新型鳍型进行了数值模拟流场计算,并与相同几何尺寸的标准NACA0015减摇鳍所测得的水池实验数据进行了对比,发现采用了前缘有圆形突出部设计的新型减摇鳍在相同条件下能提供更多的升力.对升力的增加机理进行了简要的分析.     

回转体与销轴联接方式对应力值影响的分析

简要分析了收放式减摇鳍装置执行机构中,回转体推力臂和销轴在不同联接方式时,形成的局部应力情况,并就此进行了对比.     

零航速减摇鳍鳍型参数估算方法

零航速减摇鳍具有双重工作模式,不同生力机理使其流体动力特性存在本质差异,从而导致二者对鳍型参数要求截然不同,为满足零航速模式需求,零航速减摇鳍大多选用小展弦比鳍型,但亦给常规减摇模式带来诸多不利影响.通过分析展弦比、翼梢形状等因素,从双模式对鳍型参数的实际要求出发,应用线性系统理论、对抗控制原理,提出适用于零航速减摇鳍的尺寸参数估算及综合评定方法,得出不可收放式零航速减摇鳍的最佳展弦比范围,为工程化设计提供了必要的理论依据.     

磁悬浮列车的涡流制动问题

介绍了磁悬浮列车制动的一般问题以及德国TR07磁悬浮列车中涡流装置的供电电源、制动装置、有关的计算与试验曲线。最后介绍了用“迎流”有限元法求解制动力的方法。     

鳍与舭龙骨的水动力干扰

在水平循环水槽中进行了鳍与舭龙骨定常升力干扰的平板试验，给出了试验结果，并建议采用剩余升力系数的概念来评估舭龙骨的整流作用，据此确定舭龙骨的合理尺度和布置。