主压载水舱吹除速率和顺序对潜艇应急上浮特性的影响研究

为了探究主压载水舱吹除速率及吹除顺序对潜艇应急上浮特性的影响,以Suboff为研究对象,基于RANS方程和整体动网格技术,联合简化的高压气吹除主压载水舱模型,构建潜艇应急上浮运动仿真计算模型。通过线性施加上浮力,得到初始航速为1 m/s时不同吹除速率以及不同吹除顺序和时间间隔下,潜艇应急上浮运动参数随时间的变化情况。结果表明:主压载水舱吹除速率越快,艇体出水越快,纵摇角的幅值越小,横摇角的幅值越大;按照首、中、尾组和中、首、尾组顺序吹除水舱相较于同时吹除,纵倾角幅值更大,上浮更快;按照首、中、尾组相较于中、首、尾组顺序吹除水舱,出水更快;在同一吹除顺序下,时间间隔越长,纵摇角幅值越大,而间隔时间为1.0 s的出水时间早于另外两种工况;在所有工况中,按照首、中、尾组顺序吹除水舱时间间隔为1.0 s的工况出现出水最高点最早为7.08 s,相较于同时吹除提前了1.21 s。研究结果对于潜艇高压气的压力设计及实艇应急上浮的吹除策略具有一定的指导意义。

孔颈偏角对潜体流水孔流噪声的影响

为了探究潜体流水孔流噪声特性,以带流水孔的潜体作为研究对象,基于大涡模拟湍流模型和FW-H声学模型,利用STAR-CCM+软件开展数值模拟,在验证仿真精度满足要求的基础上,探究了流水孔孔颈偏角对流噪声的影响。结果表明:在低频范围内(0~150 Hz),孔颈偏角的角度越小,远场辐射流噪声声压级就越小,15°偏角相较于90°偏角在监测点处的一阶声压级降低了0.13 dB,二阶声压级降低了21.24 dB;在中高频范围内(150~5 000 Hz),孔颈偏角为45°时流水孔的辐射噪声最小;孔颈偏角越小,开口处的边界层分离和剪切层的自持震荡越少,分离涡的法向成分减少,且流水孔下游的流体波动越小。该研究结论对潜体流水孔结构优化及低噪声设计具有一定的指导意义。

新型数字液压2自由度摇摆台建模与试验研究

摇摆台广泛用于模拟舰船、车辆的运动姿态,在车船设备测试、驾驶模拟器等国防与民用领域都有重要的应用价值。基于此,针对自行研制的模拟海洋环境的2自由度液压运动平台,介绍增量式步进电动机、四边滑阀、非对称液压缸、摇摆台架、同步反馈机构等构成的近似开环控制的系统结构和工作原理,建立其运动学和动力学方程,并通过状态方程描述阀控非对称液压缸换向时的跳变特性。在Matlab/Simulink中构建系统的非线性控制模型框图,将仿真与试验结果进行对比分析,表明了该数字液压摇摆台的可行性。

缓冲溢流阀卸荷阀口的优化设计与研究

电磁溢流阀在卸荷时产生的压力冲击是由于对卸荷管路中油液动量变化控制不当引起的,为此提出了在卸荷全程都以初始卸荷时的油液最大动量变化量进行卸荷的设计思路,由此得出了缓冲阀阀芯开口宽度与阀芯位移间的对应关系,并据此对缓冲阀阀口进行了优化设计。然后,将新型的缓冲阀结构应用于电磁溢流阀卸荷回路组成了新型缓冲溢流阀,并通过试验研究了新型缓冲溢流阀对卸荷压力冲击的抑制效果,试验结果也验证了缓冲阀阀口优化设计的正确性和有效性。

舰船纵倾均衡水舱加气调水时管路冲击特性研究

舰船纵倾均衡系统在水舱加气调水工况下,会由于阀件启闭使水流产生脉动并造成较大的管路冲击。推导了舰船上常用的电液球阀的通流面积,建立了球阀前后压力损失数学模型。将传统节流模型与实际系统相结合,建立了水舱加气调水时的AMESim模型。把系统稳态时球阀前后压力的理论值与AMESim仿真值进行对比,验证了AMESim模型的有效性。采用AMESim模型研究了阀开关规律、管长、加装蓄能器等条件下的管路冲击特性,得到了减小管路冲击的有效方法,为水舱加气调水时系统的低噪声控制提供了理论依据。

基于水击防护的球阀关闭规律研究

针对舰船纵倾均衡调水系统中球阀关闭时水击严重的问题,设计搭建了包含电液球阀和数字步进球阀的实验系统。通过CFD关阀水击计算与实验研究相结合的方法,重点分析单线性、多种两阶段线性关阀规律对系统水击特性的影响。结果表明:相比单线性关阀,先快后慢的两阶段线性关阀能有效缓解阀门完全关闭后的压力振荡,但当快关阶段角度太大时反而导致关阀过程中的水击压强升高;同时当快关阶段角度较小时,则水击防护效果不佳;就该研究而言,以快慢速比1. 6且快关角度在45%时水击防护效果较好。

数字液压缸阀芯特性研究

阀芯特性是影响数字液压缸准确性与稳定性的重要因素。以数字液压缸的滑阀阀芯为研究对象,通过建立圆柱滑阀、矩形槽滑阀和锥形滑阀3种典型滑阀过流面积的数学模型,并结合数字液压缸AMESim仿真模型对3种阀芯的特性进行对比分析,研究3种滑阀对该型数字液压缸特性的影响,为该型数字液压缸滑阀阀芯的设计、选择及优化提供了参考依据。

载荷分布对六自由度运动平台动力学性能的影响

用Newton-Euler方法,分析了运动平台的力矢和力矩,建立了统一的六自由度运动平台动力学方程。利用该方程研究了不同载荷分布时六自由度运动平台各液压缸的受力情况,并用Matlab进行了计算。结果表明,不同载荷分布时,某些液压缸的驱动力的最大值成倍增加,变化极为复杂,为六自由度运动平台的设计及控制提供了理论指导。

液压6-DOF并联机器人的振动特性研究

将6-DOF并联机器人的液压分支作为假想的单开链,由空间机构的位姿关系建立其组成构件的局部坐标系,并利用RPY角描述方法,通过转移矩阵将各构件的刚度及阻尼矩阵依次转移到固定坐标系中,得到了系统振动的运动微分方程。通过复模态分析,求得运动平台的振动响应。结合实例研究了系统刚度随平台结构参数和姿态的变化规律,并分析了运动平台在起动时的强迫振动响应。

一种大规模数字I/O通道的扩展方法

针对控制系统中普通数字I/O卡的通道数无法满足大规模数字I/O要求的问题,提出一种数字I/O通道扩展方案,并设计了一种32路光电隔离多通道数字I/O板,通过一个简单实例说明了这种扩展方案的具体实施,并证实其有效性.

泵控液压缸操舵系统压力冲击特性研究

泵控液压缸操舵系统因工况复杂、负载变化大、变量泵装置惯量较大等因素,使其产生的压力冲击对系统效率、平稳性及准确性造成了不利影响。首先对泵控液压缸操舵系统进行物理建模,采用Simulink对系统进行动态特性的仿真研究;其后在AMESim软件中建立泵控液压缸操舵系统模型,仿真液压缸压力冲击,并与Simulink仿真结果对比,确定模型的正确性。在此基础上,重点分析航速、伺服控制系统中阀控液压缸弹簧弹性系数以及舵角速度对系统冲击特性的影响,据此得到减小压力冲击的设计方法和控制结论,为改善泵控舵的性能提供理论依据。

基于数字液压的主动式波浪补偿系统设计与分析

考虑工作环境对系统可靠性和可维护性的要求,提出了一种基于数字液压的主动式波浪补偿系统。对系统结构进行了分析,建立了数字液压执行机构的数学模型,验证了初步设计的系统特性,并针对主动式波浪补偿系统对执行机构的特殊要求对系统进行了频域校正。结果表明,校正后的数字液压缸在保证补偿精度和响应速度的同时,具有足够的稳定裕度,能够很好地满足实际工程的需要。

调距桨典型调距机构机械效率及灵敏度分析

以调距桨调距机构为研究对象,采用低副原理、功能原理、基点法等建立曲柄连杆、曲柄滑块和曲柄销槽3种典型调距机构机械效率及灵敏度的数学模型。结合实例计算,对比分析3种机构的机械效率及灵敏度特性。利用UG软件建立3种调距机构的三维模型,并对模型进行动力学仿真,仿真结果验证了数学模型的准确性。对比研究3种机构可为调距桨调距机构选型设计提供一定的理论参考。

液压Stewart平台换向冲击响应分析与计算

对Stewart运动平台动力学模型进行了局部线性化,将六个作动杆简化成阻尼弹簧系统,用两次坐标变换得到解 耦的振动线性运动微分方程:首先采用齐次转换矩阵将各局部坐标中建立的质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵以及冲击力均 转换到固定的总坐标系中;后利用模态矩阵将前面得到的物理坐标转换成自然坐标,使方程解耦。最后得到Stewart运动平 台的冲击响应,并对各种不同条件下名义运动的换向冲击引起的振动进行比较。结果表明,冲击振动在六个自由度方向的 耦合作用较大,平台名义运动的加速度和油压都不能太大,否则容易造成过大的振动。

潜艇转舵时舵叶材料及舵杆位置对流激噪声特性的影响

[目的]旨在探究舵翼组合结构对流激噪声的影响。[方法]在考虑流体与固体相互作用的前提下,采用双向流固耦合理论计算转舵过程中的流场及声场,研究舵叶材料、舵杆位置变化引起声振的规律。[结果]结果表明:在铝合金、钛合金和结构钢这3种材料中,结构钢舵引起的脉动压力波动最小,其一阶峰值点最后出现;随着舵杆位置的后移,一阶峰值频率和幅值均增大,而二阶频率随着舵杆位置的后移减小,且舵杆位置前移会使100 Hz频率范围内的总声压级降低。[结论]研究表明,结构钢舵的声振特性最好,在一定范围内舵杆位置前移可以改善舵翼组合结构的声振特性。获得的结果对潜艇舵结构的声学设计具有一定的指导意义,在一定程度上可提高潜艇声隐身性能。

液压Stewart平台的鲁棒抑振控制

针对液压Stewart平台伺服系统干扰和参数时变的问题,提出了负载力前馈和摩擦力反馈补偿的H∞鲁棒抑振控制方法。在建立液压对称阀控非对称缸标称模型的基础上,设计出Lugre摩擦力观测器,将得到的摩擦力和由Stewart平台动力学反解计算的理想负载力同时进行动态力补偿,并根据混合灵敏度理论设计了液压非对称缸系统的H∞鲁棒控制器。仿真结果表明:该方法有效抑制了参数摄动以及换向运动过程中非线性摩擦引起的系统振动,提高了系统的运动精度。

液压Stewart平台谐振频率优化设计研究

将Stewart平台的液压分支作为假想的单开链,由空间机构的位姿关系建立其组成构件的局部坐标系(LRFs),并利用RPY角描述方法,通过转移矩阵将各构件的刚度及质量矩阵依次转移到固定坐标系(FRF)中,得到了系统谐振频率的计算公式。在此基础上考虑机构的工作空间、液压缸长等约束条件,构建了综合衡量Stewart平台谐振频率的优化模型,分别采用拟牛顿优化算法(QNA)和遗传算法(GA),对系统的最小谐振频率最大化问题实现优化设计。优化结果表明,最小谐振频率与工作空间是互相制约的,在设计时需综合权衡。

X舵AUV双模糊控制器的设计与试验

针对X舵AUV水下运动时,深度和航向耦合控制的问题,开展了AUV空间运动控制研究与自航模试验。首先,搭建了X舵AUV的运动模型,分析了首、尾舵升速率操纵响应规律;然后,结合X舵对姿态角的控制权重,设计了“主体模糊控制器+模糊积分控制器”的双模糊控制系统,该控制系统分为“深度-首舵”和“姿态角-尾舵”两部分;最后,通过对AUV变深定向和定深旋回的运动仿真,证明了该控制系统可以很好地将深度和航向稳定在期望值。同样条件下的自航模试验结果表明:X舵AUV变深定向的深度偏差保持在5%以内,航向偏差稳定在3°以下;定深旋回的深度偏差在8.6%左右,旋回时航向变化稳定。

基于声发射技术的液压滑阀内漏识别方法研究

为找到液压滑阀内漏信号特征,寻求最优的声发射检测算法,以5组滑阀为研究对象,搭建滑阀内泄漏声发射检测实验台。采集5组滑阀1~12 MPa压力下的声发射信号,对信号进行EMD分解并提取的能量特征,初步找到内漏滑阀和正常滑阀信号的区别。结合SVM和LSSVM对信号做出模式识别,融入群智能算法对原算法进行优化,结果表明:基于LSSVM的优化算法识别时间最短,基于SVM的优化算法准确率较高,其中EMD-ABC-SVM准确率达到100%,用时2.0 s,最适用于作为滑阀内漏的声发射检测算法。

并联机器人仿真运动控制的多线程实现

现代运动模拟器对响应快速性、跟踪准确性等仿真运动特性提出了更高要求,使得并联机器人机构的运动控制更为复杂。以某型潜艇操纵模拟器为例,其控制软件采用模块化设计,利用NT环境下多线程技术,结合多媒体定时器、普通定时器,实现软件的洗出滤波、运动学反解、运动信息发送、安全保护等多任务的有机调度。在外控线程中建立网络数据接收、数据处理、液压缸控制信息发送等三个子线程,将它们从外控线程中分离出来,大大提高了数据传输和处理及运动控制的实时性和可靠性。