全垫升气垫船的航向稳定性

建立了全垫升气垫船的4自由度操纵运动数学模型.采用水平面平面运动机构进行约束模型试验来测量气垫船的水动力,试验中改变了速度、漂角、摇首角速度和横倾角;用风洞试验来测量气垫船的空气动力,试验中改变了漂角和螺旋桨的推力.对直航和斜航的航向稳定性进行了计算.计算结果表明,全垫升气垫船的航速越高,航向稳定性越好,在越峰前不具有航向稳定性;逆风对于航向稳定性是有利的,顺风则不利.     

基于CFX的全垫升气垫船船身空气动力模拟

基于Solidworks三维实体建模软件建立了全垫升气垫船三维模型,利用ANSYS CFX计算流体力学软件对全垫升气垫船模型的流场进行数值模拟,计算得到了不同攻角和漂角下相应的空气动力系数;讨论了攻角及漂角的变化对空气动力系数的影响.数值结果表明:随着漂角的增大,横向力也增加,漂角达到90°时横向力最大;随着漂角的增大,纵向阻力降低,漂角为90°时达到0°;漂角继续增加时,纵向阻力为正值,横向力、垂向力增大显著,进而严重影响了全垫升气垫船航行的稳定性.将模拟计算结果与试验数据进行对比,发现计算值与实验值符合较好,验证了CFX软件在全垫升气垫船空气动力学模拟中的适用性和可靠性.     

基于中值滤波的全垫升气垫船运动仿真参数滤波方法研究

研究了全垫升气垫船运动参数的滤波方法,提出了基于中值滤波预处理的Daubechies小波变换的参数滤波方法,利用中值滤波的去脉冲特性和Daubechies小波的高斯噪音消去特性对仿真全垫升气垫船运动参数滤波.仿真结果表明该方法可以有效去噪,明显改善信噪比.并且将中值滤波和FIR滤波方法结合,有效地减小了FIR使用的阶次,在提高信噪比的同时有效减少了群延时,改善了气垫船在线滤波的实时性能.     

全垫升气垫船在波浪中运动的非线性理论研究

对全垫升气垫船在波浪上航行的运动响应进行了研究.通过考虑若干主要非线性因素的影响,包括风扇风道的非线性影响、围裙触水产生的水动力的非线性影响以及围裙触水导致的气体逸流中断的影响,建立了全升气垫船在波浪中运动的数学模型.然后利用适当的数值方法,在时域上对气垫船非线性运动微分方程进行了计算,得到了气垫船的运动响应,分析了围裙触水的影响.并将理论计算结果与试验进行了比较分析,验证了理论计算方法的合理性.     

船舶浅水操纵性能的数值仿真

采用深水MMG船舶操纵运动方程,对其中各水动力导数进行浅水修正,建立了浅水操纵运动数学模型。采用四阶龙格库塔法求解,用MATLAB语言编制了相应计算程序,并对三峡水利工程枢纽通航船队浅水操纵性进行了模拟仿真处理。通过与已有文献试验结果的对比,证明了数值模拟的准确性。通过对浅水中船队回转性和航向稳定性的模拟仿真,研究了浅水对回转性和航向稳定性的影响。发现船队在浅水区域运动,在同样舵角下定常回转圆的直径增大;在同样的回转圆直径下,漂角减小,速度降减小。通过对船队在浅水中Z形运动性能预报,模拟计算的 K、T 指数与试验结果进行了对比,吻合较好。浅水较深水初转期时间增加,超越角减小,说明船队航向稳定性有所提高,相应舵力变小。     

基于修正的REMUS水下机器人模型的运动仿真

将Timothy Prestero提出的REMUS水下机器人的数学模型进行修正之后应用到某水下机器人上,结合某水下机器人的各水动力系数和参数进行运动仿真.原REMUS模型中的舵力(矩)和螺旋桨推力(矩)是通过相关艇体水动力系数来表征的,而修正的模型使用升力系数和阻力系数来得到舵力和力矩,使用插值的方法来得到螺旋桨的推力和力矩.基于此修正的REMUS模型,进行水平面直航运动、垂直面纯下潜运动、全回转运动、水平面Z型运动、垂直面梯形运动以及定常螺旋下潜运动的仿真和分析,以验证将此修正的REMUS模型应用于某水下机器人上的可行性.     

抗空化扭曲舵的设计及其水动力性能分析

摘要： 通过面元法计算螺旋桨尾流场,根据螺旋桨尾流场对扭曲舵各剖面的几何攻角进行设计,提出了抗空化扭曲舵的设计方法;采用计算流体动力学方法评价舵的水动力性能,并经过拖曳水池的舵力测量试验加以验证.结果表明,在不同的航速和舵角条件下,与普通舵相比,扭曲舵的负压力系数峰值明显较小,从而大幅提高了舵的抗空化性能,降低了舵的空化剥蚀和由舵产生空泡所引起的振动噪声.由于扭曲舵与螺旋桨的尾流匹配良好,在舵角为0°时,扭曲舵叶背的压力系数分布与叶面的压力系数分布基本重合,因而显著减小了直航时舵上的横向力和舵轴力矩,有利于舵和舵机的受力.     

基于SVM-ADRC的全垫升气垫船航向控制

为改善全垫升气垫船的操纵性,提出了一种基于支持向量机的参数自整定自抗扰控制算法.采用扩张状态观测器观测系统内外扰动并加以补偿,利用非线性误差反馈控制律提高控制性能.利用支持向量机辨识系统非线性关系,建立其瞬时线性化模型.结合最优控制的二次型性能指标思想,实现自抗扰控制参数的自整定.仿真结果表明：在恶劣环境扰动下,所设计控制器能够实现全垫升气垫船航向的精确控制,调节时间短、超调量小、自适应性强.     

全垫升式气垫船模型试验研究

本文为在船池中进行全垫升式气垫船模型试验提供了相似准则、测试方法和相关换算方法，给出了有关地面上和波浪中飞升特性和静水中飞航性能的测试与分析结果，推导了阻力预估的计算公式．本项研究工作为气垫船开发研究开拓了试验手段，有助于性能的改进。     

弹体滚速和舵机时间常数对炮弹制导精度的影响

通过建立滚转制导炮弹的动力学模型,分析了弹体滚转速度与舵机时间常数对于炮弹落点精度的影响.采用2对舵面控制俯仰与偏航运动的制导炮弹,它的舵系统输入指令为三角函数.随着滚速的提高和舵机时间常数的增大,舵系统的跟踪误差加大;在舵系统输入指令中适当增加相位超前角时,舵系统的跟踪精度显著提高,相位超前角约为弹体滚速和舵机时间常数的乘积.对包含舵指令转换方程和舵机动力学方程的制导炮弹动力学模型进行仿真.仿真结果表明,当弹体滚速为5 r/s,时间常数为0.01时,相位补偿前的落点误差为50.31 m;增加相位超前角2.5°,落点误差为5.14 m.说明选择与弹体滚速和时间常数相匹配的相位补偿角可大大提高制导炮弹的落点精度.该文分析结果可为炮弹滚转速度选择和舵机系统设计提供参考.     

运动雷暴冲击风水平风速时程分析及现象模型

运动雷暴冲击风属于一种非稳态风场.为了研究冲击风射流速度、运动速度、射流高度、射流倾角对该流场的影响,使用壁面射流试验装置进行了运动冲击风流场试验.经过分析提出了相应的现象模型,该模型可被用于获得在不同的冲击风参数下的风速时程.最后,选择多个文献给出的不同冲击风水平风速横廓线模型,并结合矢量合成方法获得水平风速时程,并与该现象模型结果对比.结果表明,对于冲击风到达前的风速时程,现象模型与除了与Holmes和Oliver所提出模型有所区别外,与其他模型均较为吻合;而对于冲击风经过后的风速时程,该现象模型能更好地描述实际试验情况.     

特高压输电塔气弹模型风洞试验研究

为进一步了解特高压输电塔风振响应的特点,以正在建设的淮南-上海1000kV特高压线路中的一基双回路直线塔为原型,采用离散刚度法制作了输电塔气弹模型,进行了输电塔在紊流场中不同风速、不同风攻角下的气弹模型风洞试验.试验结果表明:输电塔模型的响应随风速的增大而增大;位移响应受风攻角的影响比较明显,在15°风时位移响应最大;各试验工况下,输电塔模型横风向的振动比较显著,X向和Y向的加速度响应处于同一量级且数值比较接近;Y向的加速度响应在0°风时最大,X向的加速度响应在90°风时最大,但任何工况下,输电塔X向的加速度响应均大于Y向的加速度响应.     

基于随机森林的大迎角非线性非定常气动建模方法

提出了一种新的大迎角非线性非定常气动力和气动力矩建模方法.传统的依据物理机理分析、实验观测等来建立飞机气动系数与飞行状态之间的建模方法在大迎角非线性非定常气动力和气动力矩建模中存在着局限性,导致模型精度不高,针对这个问题,提出了随机森林建模方法.根据风洞中飞机大迎角俯仰机动的特点,结合随机森林模型的原理,确定了与大迎角随机森林模型相关的输入特征,通过误差分析实验确定了随机森林模型中决策树个数和内部节点随机选择属性个数等关键参数的取值,利用F-18缩比模型在低速风洞中实验数据进行实验,结果表明,与经典的多项式模型相比所建立的随机森林模型得到的预测结果与真实数据之间的误差更小.      

风速对小型旋翼无人机螺旋桨的影响分析

为研究风速对小型旋翼无人机的气动特性的影响,在中国民航大学风洞试验室模拟不同来流下无人机的飞行状态,通过动力测试系统测量螺旋桨的拉力、扭矩、系统效率、桨力效等参数,并分析了风速对螺旋桨性能参数的影响。并进行了计算流体力学(CFD)数值模拟,计算了T-MOTOR直径558mm的碳纤维螺旋桨,并与试验结果进行对比验证模型的有效性。通过试验与数值模拟分析风速影响下小型旋翼螺旋桨不同风速与不同转速的参数变化。结果表明,数值模拟与风洞试验具有一致性,其中扭矩误差在5%以内,拉力误差在13%以内,且风速对小型旋翼无人机动力系统参数具有极大的影响,对无人机飞行的安全性具有严重的威胁。通过研究可为小型旋翼无人机的优化与风速对适航安全提供参考。     

双馈感应发电机调速风力机

研究了低成本宽范围双馈感应电机调速风力机，根据数学模型导出矢量控制系统，讨论了三种四象限功率变换器，该风力机在低风速时桨距角不变，保持最佳叶尖速比以获得最大风能；在高风速时储存或释放部分能量，桨距角仅完成限制最大输出功率，减少机械应力，风能储存在风力机机械惯性中，减少力矩冲击。     

风向对航母舰载机复飞路径上风湍流的影响*

采用低速气流运动控制方程组和湍流大涡模拟方法,研究了风速大小不变、不同风向对航母舰载机复飞路径上风脉动的影响,得到了航母复飞跑道较低高度处压强和速度脉动随风向的变化关系。结果表明,风向对复飞跑道上空压强有着较大的影响,存在风向角较正向来风相比,压强时均值有所降低,但脉动幅度有所增加,相同风向角时,左舷来风较右舷压强时均值略低,脉动幅度却稍高。压强脉动幅度越高,则大尺度脉动的周期越小。风向对复飞跑道上空气流速度的影响主要是航向速度和横向速度时均值,对垂向速度的时均值影响不大;对速度脉动的影响趋势是一致的,侧向风时的速度脉动均比正向风时大;相同风向角时,左舷风时比右舷风时大。无论风向如何,复飞起点附近均出现了长时间的下洗速度;风向角越大,下洗速度越大;相同风向角下,左舷风时下洗速度较右舷风时大。     

广东江顺大桥抗风性能试验研究

采用风洞试验和CFD数值模拟相结合的方法对主跨700m的广东江顺大桥主桥结构抗风性能进行研究,包括主梁、桥塔气动参数试验与CFD模拟、主梁1/60几何缩尺比节段模型测振试验、主梁1/25几何缩尺比节段模型涡振试验、全桥气弹模型试验研究等.结果表明:该桥在成桥状态和施工状态具有足够的抗风稳定性,在设计风速下涡振性能和抖振响应性能均满足规范要求;大比例主梁节段模型得到的涡振振幅小于常规比例节段模型得到的涡振振幅,表明采用常规比例模型进行桥梁主梁涡振性能评估是偏于保守的.     

并网风力机中基于变桨距角的神经网络控制方法

针对并网风力机的运行特性,在其传动系统和发电机的动态模型基础上设计控制器.当外界风速较大,提出采用基于神经网络的风力机叶片桨距角控制器抑制多余的风能进入发电系统,维持风力发电机馈送到电网的功率稳定;当风速较低时,风力机转速需要跟随风速变化,调整叶片桨距角处于捕捉最大风能位置处,保证风力机的风能转换效率最优,提高其运行效率.仿真结果验证了该控制方法的有效性.     

基于局部摩擦因数模型的切削力预测建模

基于局部摩擦因数模型分别建立前刀面摩擦区、切削刃钝圆区、后刀面摩擦区的受力预测模型,进而获得切削力预测值.以钨钼系高速钢（W6Mo5Cr4V2Al）刀具和20Cr2Ni4合金钢为研究对象建立直角切削实验,通过三向测力仪测量直角切削主切削力和切深抗力,并与预测切削力进行对比,数值基本吻合.分析了切削参数以及刀具前角对切削力大小的影响规律.结果表明切削力随切削速度和刀具前角的增加有减小的趋势,随着切削深度的增加明显增大.      

考虑土―结构相互作用的运转状态风电塔抗震分析

针对某陆上风电场1.5 MW风电塔结构,建立了"塔筒―基础―地基"整体三维精细有限元模型,研究土―结构相互作用对风机运转状态下风电塔结构地震动力响应的影响规律.在风机运转状态下,使用FAST程序把风速时程转化为风荷载时程输入模型,并使用EERA程序进行土层地震反应分析得到模型土层底部的地震波,作为地震激励进行输入,对风电塔进行模态分析并计算风电塔地震动力响应.研究表明,考虑土―结构相互作用效应会引起风电塔体系自振频率降低,并显著增加风电塔的结构动力响应.