超空泡航行体最优控制建模与仿真

基于空泡独立膨胀原理分析了超空泡航行体在小机动条件下空泡轴线的偏移,详细计算了航行体各部分流体动力,建立了超空泡航行体纵向运动非线性动力学模型.针对该模型存在严重的动态耦合与操纵耦合,利用精确线性化方法进行了解耦处理,进而设计了最优控制器,实现了对航行深度的渐进跟踪控制.仿真结果表明:该控制系统能够有效地跟踪深度信号,具有良好的控制品质;航行体能稳定在空泡内而不与空泡壁面接触.      

基于流固耦合钻柱系统动力学模拟

通过研究钻柱系统的非线性动力学问题,建立了钻柱系统流固耦合动力学方程.利用Galerkin截断方法,将偏微分方程转化为常微分方程,采用Runge-Kutta积分法进行了数值模拟,研究了不同支撑刚度系数下,系统脉动频率、脉动幅值和质量比等参数激励对钻柱系统动力学特性的影响.结果表明,在不同的参数激励下模型表现出丰富的动力学行为,呈现不同的周期运动、拟周期运动、混沌运动和跳跃间断现象.系统由混沌运动通往周期运动的路径为倍周期倒分岔形式;支撑刚度在一定程度上引起系统固有特性的改变,对系统的非线性动力学行为有复杂的影响.     

基于小波理论的舰船非线性横摇运动特性分析

探索采用小波分析方法研究船舶在波浪中非线性摇摆运动的动力学特性．对在几种不同的典型波浪参数情况下,得到的船舶在波浪中非线性摇摆的响应,进行小波变换．利用小波变换所特有的时频窗,可以同时在时域和频域中研究船舶横摇响应的模图和相图．通过分析所得模图和相图的典型特征,得到舰船非线性横摇幅值和频率等动力学特性．且小波变换适应不同频率的窗口特性具有更好的分辨率,可以获得更多的横摇运动响应特性信息．研究表明,小波分析在非线性横摇运动动力学特性分析的研究中是可行的,可以加强对船舶横摇非线性复杂动力学特性的分析能力．     

电动汽车EPS电动机非线性补偿算法设计

电动汽车电动助力转向（EPS）电动机在低速或变向运动时,其动态和静态特性存在不同程度的非线性。进行了EPS系统动力学分析和汽车三自由度动力学分析,建立了EPS系统控制结构。针对电动机的低速死区非线性和高速饱和非线性特性,设计了非线性补偿方法,开发了非线性补偿的实现算法和实现规则。设计了实车试验系统,进行了EPS电动机的电压-转速静态特性测试,结果表明：补偿后的非线性特性得到明显改善,有利于消除电动机在速度反向时的运动不连续,避免系统的稳态性能造成额外的稳态误差。对实现EPS系统的高性能和高精度控制、改善系统性能和提高控制质量具有重要的工程应用意义。     

四轮转向非线性侧向动力学模型

基于Pacejka轮胎模型,建立了包括纵向运动的三自由度四轮转向侧向动力学非线性模型。通过单移线、双移线以及蛇行试验与仿真,结果表明,对应变量的测量值与仿真值在时域范围内变化趋势一致且吻合程度较高。这表明所建立的非线性侧向动力学模型对试验样车侧向动力学特性的模拟是成功的,该模型可以用于汽车侧向动力学特性及其控制的研究工作。     

基于非线性系统Lyapunov理论的车辆转向动力学

为了解车辆转向动力学的转向特性,并为车辆转向控制策略的开发提供理论依据,基于非线性系统运动稳定性Lyapunov理论,根据车辆非线性转向系统模型,构建车辆转向动力学Lyapunov函数,并对车辆转向动力学特性进行分析,得到车辆转向稳定区域,并通过遗传算法求解车辆非线性转向模型的平衡点,对理论结果进行验证。研究结果表明:二者结果一致,说明所建立的车辆转向动力学Lyapunov函数可用于车辆转向动力学的理论研究。     

固体颗粒和空泡的Lagrangian模型

建立了固体颗粒和空泡在不可压缩流体任意流场中运动的Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ模型，考虑了浓度等因素对固体颗粒和空泡运动的影响，给出了计算固体颗粒和空泡的数值方法，并模拟了一水泵叶轮中的固体颗粒和空泡运动，得出了水泵叶轮流场中固体颗粒和空泡的运动特性，为分析水力机械的磨损提供了可行的数值模拟方法．     

运动结合部的非线性对大型数控机床动力学特性的影响

为了提高大型数控机床的加工性能,从非线性动力学的角度考察运动结合部对机床动态特性的影响.针对某大型数控铣齿机床样机,建立包含运动结合部非线性的简化动力学模型,采用数值仿真算法求解模型的时域响应,通过快速傅里叶变换得到了关于动柔度的频域响应,并比较线性和非线性模型的响应差异,最后给出计算值和在机床样机上试验测量值的比较.结果表明,运动结合部的非线性显著影响了机床结构的共振行为和动柔度.     

民用飞机舵面运动特性对飞行特性影响研究

针对舵面运动特性对现代电传民用飞机飞行特性及飞行安全的影响以及现阶段国内研究的局限性。 这里建立了飞机六自由度动力学模型、舵面运动动力学模型;依据飞机选定的舵机偏转速率限制速度、全机气动力特性、舵面铰链力矩特性,利用MATLAB/simulink工具以纵向操纵面升降舵为例,仿真研究了舵面动力学特性以及舵面动力学特性对飞行特性的影响。结果表明,不同操纵状态下,舵面运动特性差异很大,操纵频率高,舵面以及飞机的响应幅值减小,飞机响应相位滞后增加;过高的操纵频率,将会引入非线性因素,以及附加相位滞后。     

固体颗粒和空泡的Lagrangian模型

建立了固体颗粒和宛泡在不可压缩流体任意流场中运动的Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ模型，考虑了浓度等因素对固体颗粒和空泡运动的影响，给出了计算固体颗粒和空泡的数值方法，并模拟了一水泵叶轮中的固体颗粒和空泡运动，得到了水泵叶轮流场中固体颗粒的空泡的运动特性，为分析水力机械的磨损提供了可行的数值模拟方法。     

空化特性研究进展

空化是液体特有的一种复杂流体动力学现象。从空泡运动方程、理论分析、空化实验、多空泡研究等方面简要介绍了空化特性的国内外研究现状。空泡群的研究将使空化研究更接近于工程实际,空泡群空化规律的深入研究是下一步努力的方向。     

金属熔体中高强超声空化气泡运动的数值研究

导出了可压缩液体中空化气泡泡壁运动方程,用该方程对高强超声场作用下铝熔体中空化气泡的运动规律进行了数值求解。结果表明,导出了泡壁运动方程保留了Ｕ／Ｃ的高次项,精度高于传统的不可压缩液体泡壁运动方程;高强超声场作用下铝熔体中空化气泡溃灭时可产生极高压冲击波;超声声压幅的大小对空化的强度和密度影响很大。     

超声空化气泡运动方程的求解及过程模拟

考虑液相的动力粘度、表面张力和溶剂的蒸气压对空化泡运动特性的影响,建立了超声作用于均相液体中空化泡运动的动力学模型,并用MATLAB工具对建立的普遍化的模型方程进行了数值求解和过程模拟.探讨了超声在水介质中传播时超声的频率、功率和空化泡的初始平衡半径对空化泡运动规律的影响以及声压幅值和液相主体温度对空化泡崩溃时的泡内温度和压力的影响,为超声的空化效应在化工过程中的研究和应用提供了基础理论依据.     

The energy efficiency of formation of photons, radicals and ions during single-bubble cavitation

It is extremely difficult to perform a quantitative analysis of the chemistry associated with multibubble cavitation: unknown parameters include the number of active bubbles, the acoustic pressure acting on each bubble and the bubble size distribution. Single-bubble sonoluminescence (characterized by the emission of picosecond flashes of light) results from nonlinear pulsations of an isolated vapour-gas bubble in an acoustic field. Although the latter offers a much simpler environment in which to study the chemical activity of cavitation, quantitative measurements have been hindered by the tiny amount of reacting gas within a single bubble (typically <10(-13) mol). Here we demonstrate the existence of chemical reactions within a single cavitating bubble, and quantify the sources of energy dissipation during bubble collapse. We measure the yields of nitrite ions, hydroxyl radicals and photons. The energy efficiency of hydroxyl radical formation is comparable to that in multibubble cavitation, but the energy efficiency of light emission is much higher. The observed rate of nitrite formation is in good agreement with the calculated diffusion rate of nitrogen into the bubble. We note that the temperatures attained in single-bubble cavitation in liquids with significant vapour pressures will be substantially limited by the endothermic chemical reactions of the polyatomic species inside the collapsing bubble.     

应用高速摄影技术研究空化现象

高速摄影技术是研究空化现象的有力工具。文中利用高速摄影技术研究了液体粘性、 含沙量及流速对电火花空泡溃灭过程的影响。主要结论有：液体粘性使空泡溃灭过程变 缓；含沙量的影响类似于液体粘性：流速使空泡膨胀过程变缓但使溃灭过程加速；近固壁 处空泡溃灭时微射应朝向壁画，而当壁面具有高弹性或在自由表面附近溃灭时则微射流将 背离壁面；空泡溃灭时将使泡周围的固体颗粒产生运动。文中附有典型高速摄影照片。     

超声珩磨作用下磨削液空化泡的共振频率

为揭示超声珩磨加工过程中磨削液空化泡的共振特性,首先利用VHX-600ESO显微镜对油石表面的磨削液进行了微观测量试验,得到了共振状态下的空化泡.基于空化泡的动力学理论,推导出了超声珩磨作用下磨削液中空化泡的共振频率方程.数值模拟了水和煤油中空化泡初始半径、磨削液静压力、气泡内含气压、磨削液温度对空化泡共振频率的影响.通过讨论磨削液中空化泡的振动位移,验证了超声频率与空化泡共振频率的匹配关系.结果表明,水中的空化泡要比煤油中更容易发生共振,这是导致粗珩选择水溶液而精珩选择煤油的一个重要原因.      

Cavitation Bubble Luminescence in Cone-Type Throttle Valve

In light of the light emission from cavitation bubbles under certain conditions, the phenomena of the cavitation bubble luminescence in the hydraulic cone-type throttle valve is focused in this paper. Firstly,the software of automatic dynamic incremental nonlinear analysis( ADINA) is applied to studying the flow field of the flow channel of the cone-type throttle valve. And the pressure distribution of the valve flow channel is obtained. The easyhappening area of cavitation in the cone-type throttle valve is also found out by ADINA. Then,the experimental research on the conetype throttle valve is carried out in this paper. The changing law of the hydraulic oil temperature in the corresponding region under different system pressure and the backpressure condition are experimentally researched. The relationship between the luminescence intensity and the cavitation intensity,the pressure,and the temperature are also studied. Finally,a summary of the causal relationship between the luminescence and cavitation in the cone-type throttle valve,the cavitation effect on the hydraulic oil temperature,and the method for the inhibition of cavitation bubble luminescence are presented. The results show that the light intensity increases with the increase of the cavitation intensity,and the luminescence can be inhibited by the increase of backpressure.     

空化噪声特性实验研究

利用不同类型的轴对称头体和ＮＡＣＡ１６０１２翼型做了一系列空化噪声实验,得到轴对称头体在不同空化数及不同速度下的空化噪声谱及翼型在不同的攻角下的空化噪声谱．这一系列的噪声谱表明,各种轴对称头体的空化噪声总声级随空化数的减小而升高,但噪声谱形具有明显的相似形;翼型在片空化、泡空化和云雾空化状态下所辐射的噪声谱存在明显的差别．噪声总声级的变化较为复杂,由泡空化状态转换到片空化状态,空化数虽然减小,但总声级会突然降低．针对翼型在泡空化状态下所辐射噪声谱的特征,利用单空泡溃灭理论进行了尝试性的解释和说明．     

文丘里管反应器空化泡的动力学特性

应用四阶Runge-Kutta法,对空泡径向非线性方程进行数值模拟,分析了文丘里管反应器内空泡的成长与溃灭特性以及湍流作用、空化泡初始半径、入口压力对空化泡运动特性与形成压力脉冲的影响规律.结果表明:在湍流作用下,气泡崩溃时压力脉冲远大于非湍流的效果,初始半径越小,压力脉冲越大,入口压力变化对压力脉冲影响有一最佳值.     

静态声空化泡内外的质量交换

研究表明声空化泡内外存在着不可忽略的质量交换,但目前的研究主要针对激烈脉动型的声空化泡.本文利用驻波声场的Bjerkes力稳定悬浮非激烈脉动型声空化泡（静态声空化泡）来研究泡壁处气液间的质量交换特性.结合实验结果,我们分析了驱动声压、气体种类、液体的黏度、表面张力,饱和蒸汽压等因素对静态声空化泡内外质量交换特性的影响.同时,我们设计的实验系统也为气液传质特性测量提供了一种方法.