纵列双桨无人机的气动仿真分析

为解决纵列双桨无人机的桨叶重叠部分的气动干扰导致的旋翼效率减少问题,基于计算流体力学(CFD)方法对纵列双桨无人机的气动特性进行了仿真分析,包括不同攻角、两桨叶相对位置变化以及整流罩气动外型优化。结果表明:在不同攻角下,无人机的攻角对升力系数的影响大于阻力系数;无人机两桨叶在纵向距离3420 mm、轴向距离540 mm时旋翼的干扰最小,效率最高。之后进行了无人机整流罩优化,得到了更加理想的气动外型。为纵列双桨无人机的气动设计提供了重要的参考和指导,同时也为无人机的发展和应用提供了有益的实践经验。

我国男子赛艇双人双桨奥运会奖牌获得者拉桨动作的生物力学分析

目的:分析第32届夏季奥运会男子赛艇公开级双人双桨奖牌获得者张亮/刘治宇组合(以下简称“张/刘组合”)拉桨动作的关键技术特征,为我国男子赛艇项目技术再突破提出建议。方法:采用Powerline赛艇实船生物力学测试系统对张/刘组合备战第32届夏季奥运会周期中的10次模拟测试赛的拉桨动作进行跟踪采集及数据分析。结果:1)张/刘组合整体的左、右桨拉桨功率无显著差异,左、右桨拉桨时间、拉桨节奏、入水打滑、出水打滑、入水角和桨幅存在显著差异;2)领桨手张亮的桨幅、有效桨幅、出水角、拉桨时间及拉桨节奏显著大于跟桨手刘治宇,入水角显著小于跟桨手刘治宇;3)桨幅、有效桨幅、入水角、拉桨时间、拉桨节奏及回桨时间与拉桨功率呈高度相关性,其中拉桨时间与入水角呈显著负相关。结论:1)张/刘组合整体的左桨拉桨动作幅度和速度大于右桨,左、右桨拉桨动作幅度和速度存在不一致现象,与国外优秀多人艇相关研究结果一致;2)张/刘组合拉桨入水打滑幅度超出合理范围(<6°),影响有效拉桨幅度并降低拉桨功率;3)领桨手张亮拉桨幅度较大,跟桨手刘治宇拉桨节奏较快,跟桨手应适当加大有效桨幅;4)拉桨时间和入水角是影响拉桨功率的2个主要因素。综合张/刘组合整体及个体拉桨动作技术特征,建议优化拉桨前弧技术,减小入水打滑幅度,加强桨叶入水控制。

智能化一机双桨模式切换控制装置的研制与实船应用

为了解决双机双桨混合动力系统中一机双桨模式切换时各关联设备联锁条件多、操作步骤多等问题,研制“一键式”智能化一机双桨模式切换控制装置。该装置具有联锁条件辅助决策、推荐工作模式、切换过程动态可视化、语音播报等功能,可简化操作流程,提高模式切换效率。经实船验证,一机双桨模式切换时间在120s以内,满足用户需求。

共轴双桨植保无人机结构设计与仿真

随着现代农业航空技术的蓬勃发展,在病虫害防治、航空护林、播种施肥等领域对植保无人机的结构和性能提出了更高的要求。为此,针对多旋翼无人机有效载荷小、冗余性差、动力小等问题,对无人机结构设计、材料选择、载荷施加等方面进行了研究,以强动力、大载荷、长航时及轻量化为目标导向,提出了一种X型共轴双桨植保无人机的设计方案。首先,根据参数要求组建无人机系统并进行结构设计;其次,整机建模并进行静力学载荷校核与动力学模态分析;最后,进行田间飞行测试。研究结果表明:该无人机的设计在强度、刚度和载荷能力上都具有较好的功能性和可靠性,可为共轴双桨式大载荷电动无人机的进一步优化设计提供理论依据和技术参考。

双桨双舵运动建模及航行智能控制系统开发

随着内陆航道和海上航线的复杂性提高,传统船舶已经难以满足目前的使用需求,双桨双舵船等特种船舶逐渐被开发出来,双桨双舵船舶具有良好的操纵性、机动性和安全性,利用2个螺旋桨和舵的精密配合,双桨双舵船舶能够更好适应复杂航行条件。本文建立船舶运动的操纵坐标系和双桨双舵船舶的动力学模型,结合PID神经网络算法等设计双桨双舵船舶的航行智能控制系统,并结合Simulink等软件对双桨双舵船舶的航行特性进行了仿真分析。

国内、外女子赛艇单人双桨划桨技术比较研究

采用SIMIMotion运动分析系统,对中、外赛艇女子单人双桨项目(W1X)优秀运动员一个完整划桨周期技术进行分析。结果表明:中国赛艇W1X优秀运动员在划桨技术周期的艇速、划距指标上与国外W1X优秀运动员有显著性差异(P<0.05),推拉桨时间、桨角和各关节角度指标没有显著性差异(P>0.05)。中国赛艇W1X运动员的推拉桨时间、划桨身体姿势比较合理,建议在保持推桨动力的基础上,借鉴国外赛艇W1X优秀运动员低桨频高稳速划桨的技术,缩短与世界级赛艇W1X优秀运动员的差距。

空泡螺旋桨诱导的双桨船脉动压力数值预报

为研究双桨船脉动压力的特点与计算方法.建立了一套双桨诱导的船体脉动压力的预报方法.方法可计入空泡的影响,并考虑左右螺旋桨之间的相位差对脉动压力计算的影响,形成船体脉动压力的分布云图,通过云图可以很好地分析脉动压力的变化规律.对计算结果与试验结果的误差进行了分析,结果证明,同时考虑双桨作用与只考虑单桨作用的计算结果有所不同,同时考虑双桨作用时,相位差的影响不能忽略,不同的相位差得到的计算结果有明显差别,越靠近船体内侧,相位差引起的幅值变化越大.相位差的影响还同双桨的距离有关系,距离越近相位差的影响越显著,随着双桨距离加大,相位差的影响减小.这可以部分解释脉动压力模型实验和实船测试中的一些现象,同时也提醒试验人员在进行双桨船脉动压力试验时,要注意双桨相位差的影响.

柔性赛艇双桨桨叶的水动力试验研究

本文对一种新型的赛艇双桨桨叶进行了循环水槽试验研究。试验采用 1∶ 1的实际模型 ,在不同深度下 ,对不同攻角、斜角和转角等参数对流体动力性能的影响进行了研究。试验表明这些运动参数对桨叶的流体动力性能有较大的影响 ,这些结果为教练员运动员进行科学训练提供了依据。

可回转双桨电力推进船舶运动模型的研究

根据船舶分离型运动建模方法,分析了可回转双桨船舶的运动规律及其在船舶纵荡、横荡和艏摇三个自由度上的作用力,建立可回转双桨作用下的电力推进船舶的推进与回转运动模型,导出船舶运动线性响应方程。通过数值仿真,验证了可回转双桨电力推进船舶的推进与回转运动模型的准确性。

共轴式涵道无人机双桨布局气动特性研究

涵道双桨布局不合理会加剧气流逸散,导致无人机升力不足,严重影响飞行性能。为了优化双桨布局,提高无人机气动性能,选择RNG k-e湍流模型,在Fluent软件中采用SIMPLE算法研究了共轴式涵道无人机双桨的布局方式对气动性能的影响。结果表明,双桨桨距增大可以提升双桨升力,但桨距过大时双桨靠近涵道进出口,造成入口吸流损失和出口尾流逸散,影响性能降低;固定桨距下桨出口方向移动时,升力呈先增大后减小的趋势,上桨位置变化对升力的影响可以忽略。结果表明通过分析不同布局参数对无人机气动性能的影响,可为气动特性优化设计提供了参考。

双桨船附体阻力尺度效应

以光滑平板为研究对象,探索了高雷诺数时的数值计算方法.在此基础上,以DTMB5415裸船体和全附体模型为研究对象,忽略自由液面效应,采用RANS(Reynolds Averaged NavierStokes)方法结合SSTk-ω(Shear-Stress Transport k-ω)模型计算了包含实尺度在内的多种缩尺模型的船舶黏性流场,详细分析了双桨水面舰船附体阻力的尺度效应作用.通过研究发现:不同的附体,其阻力尺度效应程度并不相同;对于双桨船,附体阻力占整个船体阻力的份额较大,其尺度效应作用不可忽略,可以引入附体阻力尺度效应修正因子来进行模型到实船附体阻力的换算,附体阻力尺度效应修正因子与雷诺数的对数近似成三次多项式函数的关系.

双桨船轴向伴流场尺度效应的数值研究

以DTMB5415为研究对象,忽略自由液面效应,采用RANS(Reynolds Averaged NavierStokes)方法结合SST(Shear-Stress Transport)k-ω模型计算了多种尺度(涵盖实尺度)的船舶黏性流场,详细分析了该船轴向伴流场的尺度效应作用.研究发现:桨盘面平均轴向伴流分数的倒数与雷诺数的对数近似线性关系;对于双桨方艉舰船的裸船体,桨盘面的伴流峰只有一个,伴流峰的幅值随着雷诺数的增加而减小,同时伴流峰所对应的相位角也发生一定的偏移.在内半径区域,伴流峰的幅值达到某一临界雷诺数后,趋于恒定不变;而在中外半径区域,伴流峰的幅值随着雷诺数的增加而减小,它们之间成非线性关系,可采用3次多项式函数进行回归;各半径的平均轴向伴流分数与雷诺数的对数成近似线性关系.

优秀男子单人双桨赛艇运动员划桨动作的肌肉活动分析

目的获得高水平男子单人双桨赛艇运动员完整2 000 m划桨过程中主要肌肉活动特征,揭示划浆动作中肌肉活动的内在规律和机理。方法采用MegaWin 6000表面肌电测量仪对男子单人双桨赛艇队员进行2 000 m划桨过程中的5个重要阶段的主要肌肉活动情况进行监测,这5个阶段是100～120 m处的水上起始阶段、490～510 m处的第二阶段、990～1 010 m处的第三阶段、1 490～1 510 m处的第四阶段和1 990 m附近处的第五阶段,同时用一台摄像机(卡西欧EX-FH25)同步记录下动作的视频,摄像机的拍摄频率为120 Hz,测试结束后对表面肌电测试结果和队员动作视频进行同步化处理。结果在测试的5个阶段中,受测试肌肉积分肌电值(IEMG)均值的大小顺序为臀大肌、股直肌、背阔肌、肱二头肌、胫骨前肌、竖脊肌、腓肠肌后段、股二头肌;分别用第二、三、四、五阶段中一个完整划桨过程肌肉的均方根(RMS)值、平均功率频率(MPF)值与初始阶段的对应肌肉RMS值与MPF值进行显著性检验,发现背阔肌、臀大肌、肱二头肌以及胫骨前肌的相关指标与初始阶段的指标相比出现数次显著性差异(P<0.05)。结论赛艇整个划桨过程所测肌肉活动与主动用力程度大小顺序是:臀大肌、股直肌、背阔肌、肱二头肌等肌肉,其中胫骨前肌是推桨过程中下肢主要功能肌肉;在完整2 000 m划桨过程中背阔肌、臀大肌、肱二头肌以及胫骨前肌等用力程度较大的肌肉更容易出现疲劳现象。建议在进行水上训练之前对容易疲劳的肌肉进行充分的准备活动,完成水上训练后,需要对容易疲劳的肌肉采取有针对性的放松活动,并在平常力量训练时加强易疲劳的肌肉的力量耐力训练。

超大型双桨双舵船舶运动数学模型与虚拟仿真

建立了常速域大洋航行工况下超大型双桨双舵集装箱船舶三自由度运动数学模型。讨论了该船舶模型的旋回试验和Z型试验仿真。将实际船舶操纵过程抽象化,应用虚拟现实技术建立船舶,舵轮、螺旋桨和舵叶局部三维实体模型,通过虚拟场景和响应的三维模型来仿真显示船舶姿态和操纵的动态过程。基于Vega API,在MFC框架下,设计并完成大型双桨双舵船舶操纵运动虚拟仿真系统。所生成的船舶操纵仿真系统,可实现场景切换,环境切换、操纵方式切换以及视角切换等功能。可用以完成对船舶运动控制策略的仿真验证和控制算法优化。

双桨双舵船舶操纵性预报研究

采用MM G数学模型,结合双桨双舵船舶的水动力性能特点,建立了双桨双舵船舶在静水中水平面上的操纵运动模拟模型,应用该模型对一艘双桨双舵船舶在满载条件下的定常回转试验、Z形试验和紧急停船试验进行了数值模拟,得到了表征船舶操纵性的指标.通过将预报的操纵性指标和IM O提出的操纵性标准进行比较,实现了对该船操纵性的定性预报.

“Big Blade”赛艇双桨桨叶性能的试验研究

本文对赛艇刚性“BigBlade”双桨桨叶在循环水槽中进行了试验研究。试验在桨叶的不同攻角、斜角、转角以及不同深度下进行。试验表明：以上参数对桨叶的流体动力性能有较大的影响，桨叶的浸水深度应保持在一定的范围，而转角和斜角应尽量的小。这些结果为教练员运动员进行科学训练提供了理论依据，不同的运动员应根据实际情况调整桨架，保持桨叶的合适深度。

双桨式吊舱推进器水动力性能CFD预报方法研究

基于粘性流体CFD理论,数值预报双桨式吊舱推进器在均流和非均流条件下的水动力性能。均流条件下,采用多参考系模型和滑移网格模型,分别数值模拟前桨和后桨的旋转,将数值结果和试验结果进行了比较,推力的误差不大于4.51%,扭矩误差不大于3.35%;非均流条件下,在FLUENT软件中,以Profile的形式导入伴流数据文件,通过数值预报的平均值与敞水工况的试验结果做间接的比较,可以看到总推力系数偏差为5.26%,扭矩系数偏差为3.12%。结果表明,该数值方法对于双桨式吊舱推进器在均流和非均流条件下的水动力性能的预报精度可满足要求。

可回转双桨船舶的等效舵效模型

常规船舶通过操舵获得舵效来控制船舶航向,而对于可回转双桨船舶,由于桨-舵合一,船舶的回转运动依靠双桨的回转或双桨的推力差所产生的舵效完成。针对这种取消了常规舵的可回转双桨的船舶运动,根据船舶分离型运动建模方法,建立了可回转双桨船舶的运动方程及其在船舶纵荡、横荡和艏摇3个自由度上的作用力;通过分析船舶常规舵受力情况,并与可回转双桨船舶回转力进行比较,提出可回转双桨船舶等效舵效的概念,导出了可回转双桨作用下的船舶等效舵效模型。对可回转双桨船舶在此等效舵模型下的运动状态进行了数值仿真,对比了不同舵效下船舶运动的差异,验证了可回转双桨船舶等效舵效模型的有效性。

单机啮合式双桨推进装置

单机啮合式双桨推进装置是一种新型的船舶推进装置。它结构简单,成本低,效益高。适用于螺旋桨负荷重或直径受限制的船舶,特别是拖、推轮等。实船营运的统计结果证明,拖轮采用该装置后,千吨公里油耗下降17%以上。

双桨船螺旋桨的适伴流设计

讨论了双桨船和单桨船伴流场的不同特点,给出了双桨船切向伴流的分析方法和不同旋向下的螺旋桨设计结果,指出双桨船适伴流设计考虑切向伴流影响的必要性。内旋设计桨在大型循环水槽中进行了模型试验,试验结果表明螺旋桨的空泡和脉动压力性能优良。