面向综合设计能力培养的机械类课程改革探索与实践

面对“中国制造2025”战略计划和国家经济产业结构优化对机械类人才综合设计能力培养的要求,南京工业大学以课程改革为突破口,依托学校两个机械类国家一流专业建设点,重组课程模块,形成学生综合设计能力培养的递进式课程体系;促进科教融合和产教融合,实施包含构想创意、初始方案、设计理论、设计过程和创新结果的全链式教学方式;实施分阶段评价,采用全程式评价方法,最终建立了面向学生综合设计能力培养的机械类课程体系,以期提升学生的工程素养、研究能力、设计能力和创新能力。

混合流动控制对风机叶片气动特性的影响

针对风力机叶片失速会降低风力机输出功率的问题,文章首先基于Fluent软件建立了NREL Phase Ⅵ风力机气动特性分析模型,计算风速为13 m/s时风力机叶片截面压力系数及功率特性,并与风洞实验数据进行对比,验证风力机气动特性分析模型的准确性;然后,将主动射流和涡流发生器(VGs)耦合到风力机叶片上,发现随射流孔宽度和涡流发生器高度的增加,风力机功率均呈先增后减趋势;最后,建立混合流动控制的风力机气动分析模型,研究射流与VGs弦向间距及后缘VGs高度对风力机气动特性的影响。研究表明:当间距为0.3C(C为翼型弦长)时,风力机输出功率达到最高,相比于射流单一控制,增幅为6.61%;当后缘VGs高度为15 mm时,混合式流动控制的效果最佳,风机功率最高。

风力机涡流发生器斜向布局多目标优化

基于最优拉丁超立方试验设计法确定涡流发生器斜向布局参数和试验方案,耦合计算流体力学方法(CFD)和滑移网格技术计算风力机的推力和扭矩,并耦合反向传播(BP)神经网络与遗传算法,建立风力机涡流发生器斜向布局气动性能模型。通过5组测试算例,建立遗传算法优化BP神经网络的风力机涡流发生器斜向布局气动性能模型,气动性能模型预测值和模拟仿真值的误差与均方根均较小,表明气动模型的准确性较高。耦合多目标遗传算法,构建风力机涡流发生器斜向布局多目标优化方法,开展风力机涡流发生器优化。结果表明:相比原涡流发生器方案,优化后的涡流发生器诱导涡的最大涡量增大10.47%,风力机叶片截面流动分离得到有效抑制,风力机功率提升9.963%,而推力仅增大1.864%,风力机气动性能得到进一步提升。

基于DEM的直升机沙盲加速计算方法

直升机沙盲数值模拟是研究沙盲演化特性的重要手段,而沙盲由众多动力学特性复杂的沙粒构成,这导致沙盲数值模拟复杂且计算量庞大。基于离散单元法(DEM)和沙粒动力学方程,将沙粒映射至背景网格实现加速计算,并将背景网格分裂为多子区再次加速计算,构建背景网格映射-分裂加速计算模型,且耦合沙粒接触碰撞模型、沙粒-流场耦合模型、旋翼/地面气动干扰模型,提出基于DEM的直升机沙盲加速计算方法。通过与美国陆军EH-60L着陆-起飞沙盲测试结果对比表明:所提方法能准确捕捉着陆-起飞状态的直升机沙盲,且相比于沙盲直接模拟方法,所提方法计算量显著减小。直接模拟方法的计算量随沙粒数量抛物线增加,而所提方法计算量随沙粒数量线性增加。当沙粒数量大于1×10^(7)时,相比于仅背景网格映射模型加速方法,所提方法计算量减小70.29%。

直升机“沙盲”现象研究进展

直升机近地飞行时,旋翼近地面干扰诱发非定常流动,推动地面沙尘扬起,形成“沙盲”现象,严重威胁直升机飞行安全,针对“沙盲”现象开展气动基础问题研究非常重要。本文从直升机“沙盲”计算方法、试验方法、形成机理、抑制方法等4个角度介绍直升机“沙盲”现象相关研究进展。综合相关研究成果可以发现:耦合涡方法(或CFD方法)和拉格朗日沙粒跟踪方法能够实现沙云轮廓和“沙盲”现象模拟,但尚需进一步体现复杂沙床表面、脉动湍流及沙粒迁移、聚集、起跳和扬起等关键因素;基于高速PIV和相机搭建的“沙盲”试验系统能够获得沙云形态数据,但仍需进一步研究沙云两相流测试技术和沙云空间浓度测试技术,深入探索沙粒驱动机制和“沙盲”演化机理,以及能够有效抑制“沙盲”现象的方法和技术途径。

基于反向传播神经网络的风力机涡流发生器优化

采用最优拉丁超立方试验设计法细化涡流发生器参数,确定试验方案,仿真计算风力机的推力和转矩,获得试验数据.基于反向传播(BP)神经网络,构建遗传算法优化BP神经网络的风力机涡流发生器气动性能模型,通过计算气动性能模型预测值与仿真值的误差与均方根,验证气动性能模型的可靠性;耦合鱼群算法和风力机涡流发生器气动性能模型,建立风力机涡流发生器优化方法,对涡流发生器高度、长度和安装角度进行迭代求解,实现涡流发生器优化.结果表明:相比原涡流发生器方案,涡流发生器优化后的风力机叶片截面流动分离得到有效抑制和延迟,表面流体分离现象得到改善,风力机功率提升1.711%,推力下降0.875%.

FDM快速成型技术在动漫模型制作中的应用

由于传统加工无法满足动漫模型形状复杂、单件小批量,制作周期短,而3D打印技术中的FDM快速成型技术可以解决这些问题。根据FDM快速成型技术成本低、体积小、无污染以及制作速度快的特点,利用简易型快速成型机完成了一批客户急需的动漫模型的制作。针对模型在制作过程中由加工设备、加工参数等因素产生的冷却收缩变形以及开裂等缺陷进行了分析。提出了对模型抽壳或者掏空的方案减小了模型的冷却收缩变形,优化了加工工艺参数以提高模型的质量和制作的效率。

共轴刚性双旋翼非定常气动干扰载荷分析

共轴刚性双旋翼系统提高直升机最大前飞速度,但旋翼振动载荷明显增大。为研究高速共轴刚性双旋翼系统振动载荷特性,须首先分析共轴刚性双旋翼气动干扰下的非定常气动载荷。基于非定常面元法建立满足桨叶前缘和后缘边界条件的旋翼反流区气动模型以体现高速共轴刚性双旋翼后行边反流区影响,且增加共轴刚性双旋翼桨尖涡-桨叶气动干扰模型以体现共轴刚性双旋翼非定常气动干扰影响,并结合基于黏性涡粒子法的共轴刚性双旋翼尾迹模型,构建高速共轴刚性双旋翼气动干扰下的气动载荷分析方法。通过计算前飞状态下的X2共轴刚性双旋翼特征剖面非定常气动载荷时间历程,并与PRASADUM以及基于NASA OVERFLOW和CREATE AV Helios的CFD/CSD计算结果对比,验证本文共轴刚性双旋翼非定常气动载荷分析方法的有效性。相比于PRASADUM,本文分析更好地体现上、下旋翼在前行边和后行边非定常气动载荷的变化特性,并与CFD/CSD计算结果更吻合。分析X2上、下旋翼气动干扰对共轴刚性双旋翼桨叶非定常气动载荷的影响,以及单旋翼与共轴刚性双旋翼非定常气动载荷差异。分析表明,低速状态下的共轴刚性双旋翼非定常气动载荷受双旋翼桨尖涡干扰显著,而高速前飞状态受双旋翼桨叶干扰明显,且表现出桨叶片数整数倍的辐射状干扰特征。

直升机旋翼/机身非定常气动干扰数值分析

基于非定常面元/时间步进全展自由尾迹建立了旋翼/机身非定常气动干扰分析方法。方法中耦合了非定常面元法和时间步进自由尾迹,以准确模拟旋翼非定常气动力、旋翼尾迹及桨叶对机身的非定常干扰效应。为模拟前飞状态下具有升力的机身,将机身离散为汇/偶极子面元,并采用涡线镜像法模拟旋翼尾迹靠近机身表面产生的加速效应。通过计算前飞状态的Maryland、ROBIN(Rotor Body INteraction)旋翼/机身干扰下的非定常压力分布,并与可得到的实验值、CFD计算结果对比,验证方法的准确性。随后分析前飞速度、旋翼与机身距离对旋翼/机身非定气动干扰的影响。计算结果表明机身头部和中部非定常压力主要受桨叶的通过性影响,而机身尾梁主要受尾迹/机身干扰影响,机身非定常气动力频率为桨叶片数的倍频。随前飞速度的增加,机身非定常压力幅值增加,尾梁压力幅值先增加后减小;增加旋翼与机身距离将减小机身和尾梁非定常压力幅值。

旋翼/平尾气动干扰对直升机配平特性的影响分析

旋翼/平尾气动干扰建模是直升机全机配平模型和飞行动力学模型的核心内容。常规全机配平模型主要通过旋翼下洗流或诱导速度等方式间接考虑旋翼对平尾的气动干扰作用,但未充分考虑旋翼对平尾非定常气动干扰产生的非线性气动载荷,因而仍难于准确体现旋翼/平尾气动干扰对全机配平特性的影响。为此本文基于非定常面元/黏性涡粒子法,通过在平尾面元中增加由旋翼和平尾尾迹时变干扰产生的非定常压力项,建立旋翼/平尾气动干扰模型,直接计算平尾非线性气动载荷,并耦合基于GA/LM混合优化的直升机全机配平方法,构建旋翼/平尾气动干扰作用下的直升机全机配平特性分析方法。通过计算UH-60A直升机的旋翼操纵量和机体姿态,并与试验测试值对比验证本文方法的准确性。通过与基于诱导速度考虑旋翼/平尾气动干扰的直升机配平结果比较表明,后者难于体现直升机低速纵向操纵量和机体俯仰角突增现象,而本文方法能较好地体现直升机低速纵向操纵量和机体俯仰角突增,且与OH-6A、EH-101等试验测量的特性一致。研究不同平尾构型对旋翼/平尾气动干扰下直升机全机配平特性的影响,分析表明低平尾产生较大的低速纵向操纵量突增,而高平尾则增加高速纵向操纵量;前置平尾产生较大的低速纵向操纵量突增,右旋直升机的右置平尾有利于减小低速纵向操纵量突增和机体俯仰角。

能量—频率选择表面级联复合设计与仿真

针对空间场强电磁防护中带外滤波—带内限幅的需求,研究了能量—频率选择表面级联复合的防护方法,设计出一种典型的防护结构,通过时域有限差分对防护结构进行了稳态和瞬态分析,尤其是不同情况下频率选择表面与能量选择表面的相互耦合。计算结果表明:该防护结构对通带内正常信号的传输衰减小于1.55dB,强电磁脉冲传输衰减大于20dB,因而其既能阻止强电磁脉冲进入系统,又可有效抑制带外电磁干扰。

强电磁防护技术研究进展

高功率微波武器是现代战场上极具杀伤性的攻击手段。针对现代武器装备的强电磁防护问题,通过介绍高功率微波武器及防护研究发展进程,结合传统电磁防护方法,分析电磁自适应防护、微波加固和硬件演化等前沿技术手段,从电路防护和空间防护的角度出发,论述射频电磁防护单元、皮秒级电磁脉冲抑制器件、频率选择表面等强电磁防护器件和装置的研究成果以及强电磁防护的新材料,并从系统综合防护、设备潜在失效性、强电磁防护标准3个方面对强电磁防护技术的发展给出相应的建议。

宫颈癌动态多叶光栅调强放射治疗与分步照射调强放射治疗的剂量学比较

目的比较动态多叶光栅(DMLC)调强放射治疗与分步照射(SS)调强放射治疗的剂量学差异,为DMLC调强放射治疗在宫颈癌放射治疗中临床应用提供依据。方法选择20例经病理确诊的宫颈癌患者,年龄41~69岁,平均年龄53岁。分别使用DMLC调强技术和SS调强技术进行放射治疗计划设计,然后对两种放射治疗计划进行剂量学的对比,主要比较了剂量体积直方图、靶区剂量分布、危及器官受量、机器跳数和实际治疗时间。结果 DMLC调强放射治疗计划与SS调强放射治疗计划对靶区的覆盖程度是基本一致的,但最大剂量、均匀指数两者差异存在统计学意义(t=-11.686、-4.243,P <0.05),DMLC调强放射治疗计划的靶区剂量更均匀、最大剂量更低。对于危及器官的受量,膀胱、直肠4 500 cGy剂量的受照体积,两者差异有统计学意义(t=-4.469、-5.029,P <0.05),DMLC调强放射治疗计划的受照体积更少。对于膀胱、直肠、小肠、股骨头和乙状结肠的平均剂量,小肠的3 000 cGy、4 000 cGy剂量的受照体积,以及股骨头的最大剂量,虽然差异无统计学意义,但DMLC调强放射治疗计划均低于(少于)SS调强放射治疗计划。DMLC调强放射治疗计划的单次机器跳数高于SS调强放射治疗计划,但DMLC调强放射治疗计划的单次治疗时间更少。结论宫颈癌DMLC调强放射治疗计划和SS调强放射治疗计划都能满足临床要求,但DMLC调强放射治疗计划的靶区剂量均匀性更好,对危及器官的保护也更好,且大大缩短了单次治疗时间。

旋翼翼型低Ma数动态失速特性计算

低Ma数下,翼型前缘涡强度的增加和移动使法向力系数产生很大的超调量,Beddoes通过增加一项与延迟后后缘分离点有关项来模拟该特性,并改进Leishman-Beddoes二维翼型动态失速模型。在此基础上,本文在非定常法向力系数中引入一阶延迟,推迟失速判断点,得到修正后模型;而后,通过计算NACA0012、OA207翼型在低Ma数下的非定常气动力,并与实验结果进行对比,验证了模型在计算翼型低Ma数下非定常气动力的准确性,并分析了折合频率、迎角平均值、振幅对计算结果的影响。

基于作物生境与生理大数据应用的水肥一体化决策系统设计

水肥一体化是设施农业的关键应用,是实现作物栽培管理的水肥供给精准化、少人化、甚至无人化的重要措施。决策型水肥一体化应用系统的研发及应用较少,本研究以作物的产量为导向,阐述了一种利用大数据分析技术,以采集作物生境与生理大数据为关键途径,融合农艺理论数据,综合多元数据耦合分析利用的水肥一体化决策系统设计。该系统通过部署大数据算法技术,构建作物栽培模型,驱动栽培管理调控决策形成,最终通过在线式水肥一体化施肥设备实施调控操作的综合应用。旨在推动水肥一体化技术提升,把决策机制从“理论导向、经验指导、定值调控”升级为以大数据分析研判为基准,实现水肥一体化的实时精准调控。

预应力技术在桥梁施工中的应用

我国的现代化科学技术在不断的创新和进步,在施工建筑当中预应力技术也有着很大的突破,当前,预应力技术不断的被桥梁施工领域当中有了一个比较完善的工程建设施工的技术,但是在桥梁施工当中预应力已经被广泛的推广和应用。本篇文章根据实际经验,针对于预应力技术在桥梁工程施工当中的应用进行了研究。

Monaco与Pinnacle计划系统中感兴趣区体积的计算

目的:分析Monaco与Pinnacle计划系统在感兴趣区体积计算上的差异,为临床应用提供参考。方法:在Pinnacle计划系统上,分别勾画1,5,10层的三角形、六角形和圆形ROI。同时选取头、胸、腹部肿瘤各10例,在Pinnacle计划系统上勾画常见的正常器官ROI。将图像和ROI从Pinnacle上通过DICOM协议传输至Monaco计划系统,分析两种计划系统计算的ROI体积。结果:两种计划系统对ROI的体积计算有差异,特别是小体积的ROI有明显的差异。结论:两种计划系统间传输ROI时,特别是小体积的ROI,应当注意ROI体积计算的差异。

基于MCU/DSP混和处理器的音频解码优化方案

针对MCU/DSP混和处理器MCF5249的特点,从解码算法、SRAM(静态随机存储内存)和EMAC指令等方面,对开放源代码的MP3(MPEG1Layer3)解码软件进行性能优化。

基于时间尺度调整技术的自适应缓冲新算法

介绍了VoIP应用中几种主要的动态缓冲算法,分析了各自的实现方式和性能优劣,提 出了基于简化的相似波形叠加技术和双窗预测技术的自适应缓冲算法,并进行了仿真。结果表明,新 算法能明显提高IP电话的语音服务质量。

基于RTLinux的软件无线电侦察预处理系统

现有的软件无线电侦察系统一般采用DSP作预处理,但DSP的开发和升级难度大。在分析嵌入式实时Linux(RTLinux)操作系统的基础上,介绍了采用嵌入式实时Linux系统的预处理方案,具有良好的应用前景。