水下滑翔机器鱼机构设计与运动性能分析

本文设计了一种具有仿生尾鳍的水下滑翔机器人混合驱动机构,通过内部质量块的平移、旋转、仿生尾鳍的偏置以及外部皮囊的伸缩可实现滑翔机器人的小半径三维螺旋运动。同时,建立了水下滑翔机器鱼的水动力学模型,得到了稳态螺旋运动方程,给出了俯仰调节机构质心位置、尾鳍角、横滚调节机构质心旋转角与转弯半径和垂直速度之间的关系,以及每种稳态螺旋运动所对应的输出变量初值的取值范围。所得结果表明,在俯仰调节、浮力调节、横滚调节和尾鳍驱动的共同作用下,水下滑翔机器鱼可以获得更小的转弯半径,因而机动性更好。所设计的水下滑翔机器鱼在河流和湖泊等环境的水质监测、水下柱形区域取样等领域具有潜在的应用价值。     

桥梁极不对称转体齿轮驱动体系设计

武汉市常青路跨汉口火车站立交为(95+105)m连续钢箱梁,采用转体法施工。受城区作业场地限制,现场采用(91.4+43.8)m极不对称转体结构,转体重量约86 000kN,球铰两端重量相差30 000kN。为满足桥梁结构受力要求,在长臂端设置辅助支撑并结合短臂端配重,使转体结构达到平衡状态;在销轴与上球铰间预留足够的间距,以避免上球铰与销轴接触;取消转台处牵引索,在2处辅助支撑下部设置滚轮小车和驱动装置,由驱动装置带动滚轮小车及其上部的辅助支撑、梁体实现桥梁转体。制作1∶5实体试验模型并进行模型试验。试验结果表明:各指标试验值与有限元模型计算值吻合良好,当转体角速度控制在0.02rad/min以内时,各指标试验值基本不发生变化,验证了该齿轮驱动体系的可行性、平稳性和安全性。     

混合驱动水下滑翔器滑翔效率及优化研究

续航力与水平速度均是水下滑翔器的重要性能指标。文章以单位重量滑翔器、单位水平速度所耗功率作为滑翔效率的评价指标,给出了混合驱动水下滑翔器滑翔参数最优解寻求的数学方法。文中以一典型滑翔器为例,针对其多种工况(无桨、桨不转、桨随动和桨工作),利用CFD预报了所需的流体动力系数,然后分别给出了它们最优的滑翔参数。研究结果表明,该评价指标物理意义明确,优化方法简单,对工程设计具有很高的参考价值。     

存在饱和输入的欠驱动船舶航迹跟踪控制

针对控制输入存在饱和限制的欠驱动船舶的航迹跟踪问题,提出鲁棒饱和控制方法。以船舶纵向速度和艏向角速度为虚拟输入,设计饱和运动学控制器,并引入二阶滤波器形式对控制器进行简化;利用反步法并引入Nussbaum型函数,设计饱和动力学控制器,以实现对任意光滑航迹的跟踪控制,并保证跟踪误差收敛至零点附近的一个有界区域内。仿真算例验证了设计方法的有效性和鲁棒性。     

带扰动观测器的船舶轨迹跟踪自适应动态面滑模控制

针对遭受未知外部环境扰动的三自由度全驱动船舶轨迹跟踪控制问题,设计一种带扰动观测器的自适应动态面滑模控制方法。该方法构造扰动观测器估计未知扰动,并对控制量进行前馈补偿,采用σ修正泄漏项的自适应律估计扰动观测误差的界以提高控制精度,结合动态面技术解决传统反演法的微分爆炸问题,并选取李雅普诺夫函数证明该控制器可保证闭环系统内所有信号的一致最终有界性。基于一艘供给船舶进行仿真试验,结果表明,所设计的控制器输出合理有效且跟踪精度高,在工程实际中具有一定的参考价值。     

吸盘式挖泥船全电力驱动系统设计

本文根据某吸盘式挖泥船的使用要求,设计了全电力驱动系统方案。对配电系统方案、变频驱动系统方案和谐波处理方案进行了详细分析。与当前典型的挖泥船变频驱动系统方案相比,本文提出了一种新的更加经济的系统方案,并在实船已成功应用。     

AFE变频驱动技术在科考船上的应用研究

为获得优越的操纵性能,科考船往往采用大功率变频装置来驱动电力推进系统。与此同时,科考船电站装机容量普遍较小,电力推进系统负荷占比高,变频装置的引入会引起电网电源品质的下降,严重时会影响其他电气设备的正常工作。对此,应结合船舶实际情况,将作为上述问题解决方案的有源前端(AFE)技术,纳入到统一的工程应用研究范畴,掌握工作原理,摸清技术优势,对于潜在的技术风险点,需提出针对性解决措施。     

大深度浮力驱动式水下运载器的浮潜运动研究

基于模型试验,对大深度浮力驱动式水下运载器的上浮运动进行研究与分析,基于数值仿真,提出大深度浮力驱动式水下运载器浮潜运动的快速预报方法,并将预报结果与模型试验结果进行对比,证明快速预报方法的准确性。使用快速预报方法,针对水下运载器比重变化、流体密度变化、水下运载器初速度以及水流扰动4种因素对浮潜运动的影响进行研究.此外,对水下运载器作六自由度运动时所受的水动力进行计算,为后续的六自由度运动预报和研究提供基础。     

无轴轮缘推进器中可拆卸螺旋桨的性能分析

应用FLUENT数值模拟软件对无轴轮缘推进器螺旋桨进行水动力分析,根据实际运行工况需求确定数值模拟的基本方程、湍流模型、初始条件、边界条件、流体域以及网格划分等参数,建立相关数值模拟模型,计算出不同桨叶数目的螺旋桨在一定进速条件下的桨叶压力分布状况及螺旋桨推力与扭矩,并与常用经验公式计算结果进行比较,验证了无轴轮缘推进器螺旋桨有限体积元模型的正确性。研究结果可为该类型螺旋桨的优化设计提供理论支持。