Research on Water-Exit and Take-off Process for Morphing Unmanned Submersible Aerial Vehicle

This paper presents a theoretic implementation method of Morphing Unmanned Submersible Aerial Vehicle （MUSAV）, which can both submerge in the water and fly in the air. Two different shapes are put forward so that the vehicle can suit both submergence and flight, considering the tremendous differences between hydrodynamic configuration and aerodynamic configuration of a vehicle. The transition of the two shapes can be achieved by using morphing technology. The water-to-air process, including water-exit, morphing, take-off and steady flight, is analyzed. The hydrodynamic and aerodynamic model of the vehicle exiting the water surface obliquely and then taking off into the air has been founded. The control strategy after morphing is analyzed and the control method is given. Numerical method is used to validate the motion model of the water-exit process. Results of simulations show the validity of the proposed model and the feasibility of MUSAV in theory.

基于固-气-液耦合的气垫船水下辐射噪声数值分析

气垫船水下声辐射是复杂的船体结构-气垫-周围水体三类介质声振耦合过程,其声传递特性是气垫船声学分析中的难点。本文以某全垫升气垫船为研究对象,结合声固耦合有限元法与解析法,探究气垫船水下辐射噪声传递特性。通过建立固-气-液声固耦合有限元模型,计算机械激励与垫升风机声激励,并以试验固有频率修正数值模型;通过声透射解析公式计算空气螺旋桨、燃气轮机等设备声激励辐射的水下噪声。采用距离左、右舷1 m处线上各点的总声压级作为评价指标。结果表明:气垫船水下辐射噪声为宽带噪声;有限元法计算的水下辐射噪声在低频时集中分布于气垫-周围水体耦合面附近,随着频率的升高,水下噪声增大并逐渐呈不规则干涉状分布;空气螺旋桨等声激励直接辐射水下噪声主要为近场低频噪声,在设备声激励辐射范围内声压平均占比约为40%。本文揭示的水下辐射噪声传递特性对气垫船减振降噪具有重要指导意义。

基于SPH方法的空调进气口进水量分析及优化

由于雨刮臂摆动频次与导水槽及空调外循环进风口结构不匹配等因素,部分车型在淋雨工况下,有水滴甚至水流沿空调进风口进入空调系统,导致空调出现异味,甚至有水渗漏进入乘客舱,出现严重的感知质量问题。采用SPH方法,考虑雨刮臂运动、车身姿态及气流效应工况下,借助PreonLab软件仿真,复现某车型淋雨场景下的水管理质量问题,通过在空调外循环进风口位置增加挡板,显著减少了溅入空调箱的雨水量,并在实车淋雨试验中得到验证。方法能在车辆开发阶段发现并整改车辆在淋雨场景下的流通路径设计不合理等问题,可改变目前车辆淋雨场景水管理质量控制主要依托实车测试的现状,也可应用于车辆水管理的其他性能质量的控制,如涉水、雨污等。

几种家用大功率负荷精细化建模研究

该文基于家用负荷的物理模型、用户的使用习惯和用户的舒适度要求,提出了家用大功率负荷的精细化建模方法,该方法可应用于家庭能量管理系统,具有良好的应用前景。首先,建立考虑电热水器负荷的精细化热力学动态模型,考虑气温、墙体等因素的空调房间的精细化热力学动态模型和电动汽车负荷的精细化储能模型;然后,建立这三种负荷的精细化控制模型,通过自定义家庭算例将不同个性化的精细化参数模型对比分析。MATLAB仿真结果表明,该文建立的精细化动态模型能够准确描述用户的用电规律,对用户积极参与到电力系统需求响应中去起到促进作用。

水空跨介质航行器发展需求及其关键技术

针对未来军事竞争与对抗呈现多介质空间的体系对抗,而现有航行器平台仍大多局限于单一介质空间运行环境的现状,突破传统航行器定式,提出具有多介质航行能力的水空跨介质航行器概念,介绍了研究背景和发展此类航行器的必要性,分析了规划和发展过程中的关键技术,并对今后的发展思路进行了展望。

基于无人机热红外图像的核桃园土壤水分预测模型建立与应用

为了解北方核桃园区的土壤水分状况,实现优化水资源配置的目的。该文于2016和2017年采用固定式热红外成像仪(A310 f)连续观测得到核桃主要生长季节午后(13:00和14:00)的冠层温度,并同步观测温度、湿度、辐射、风速、降雨量和0~80 cm不同土层深度的土壤体积含水量。并于2017年8月11日利用无人机热成像系统(TC640)对连续灌溉区域和干旱胁迫区域进行了图像采集。结果表明,40~60 cm土层深度可能是核桃树主要吸收水分的区域。冠层温度普遍高于空气温度,其变化范围在0~5℃之间,冠气温差与土壤含水量呈负相关,与太阳辐射呈正向关系,其中,土壤含水量的贡献值达到了75%。利用2017年13:00时的冠层与空气温差数据来建立的土壤水分预测模型,R2=0.64;同时,利用14:00时的实测数据对所建立模型进行验证,R2=0.61,表明该模型具有一定的拟合精度。最后,将模型用于诊断核桃区域水分状况,证明了其具有较好的实际应用效果。该研究首次将固定式热成像设备与无人机热成像系统相结合来研究树木的冠层温度,并成功实现了从理论模型到实际应用,从单株水平到区域尺度的转换。

典型家用大功率负载精细化建模及能量管理策略

基于负载本体物理模型和表达用户主观使用意愿的控制模型,提出了三种居民侧典型大功率可控负载(暖通空调系统、电热水器和电动汽车充电负荷)的精细化建模方法。首先,对自定义家庭算例进行仿真,详细分析了各项技术参数的精细化定义及非典型用电过程对负载用电效果的影响。然后,建立了以优化用电成本为目标的能量管理策略优化模型。该研究得到了用户个性化用电环境及主观用电理念能够反映至精细化模型并显著影响智能化家庭能量管理系统负载优化控制策略的结论。

侧壁式气垫船水压场试验研究

在拖曳水池中对侧壁式气垫船的水压场进行了系统测量,得到不同水深、不同航速和不同横向位置水底扰动压力系数的纵向通过特性曲线,分析总结了侧壁式气垫船水压场规律.

全垫升式气垫船水压场试验研究

在拖曳水池中对全垫升式气垫船的水压场进行了系统测量 ,得到不同水深、不同航速和不同横向位置水底扰动压力系数的纵向通过特性曲线 。

不同航速和航道水深条件下气垫船冰面兴波数值计算

气垫船破冰是指采用大吨位气垫船在冰面上航行进行破冰,是一种较新的内河破冰方法,可应用于黄河凌汛灾害的防治领域。论文采用欧拉-拉格朗日耦合算法对不同航速和水深条件下气垫船在冰面上的兴波进行了数值计算,分析了航速和水深对气垫船冰面兴波的影响。超临界航速下,气垫船逐渐追赶并超越船首的波峰,对所兴起的波动起相反的压制作用;临界航速下,气垫船始终位于船首波峰后方,对所兴起的波动起持续的推波作用,在冰面上逐渐兴起幅值较大的波动。船尾波谷处的最大主应力值相对大一些,冰层破裂最先发生在船尾的波谷处。水深增大后,气垫船冰面兴波的峰值位移和谷值位移、波峰和波谷处最大主应力值均有所减小;气垫船的临界航速则增大,水深增大后对气垫船破冰不利。

地铁车辆空调冷凝水库内排放研究与设计优化

为研究空调冷凝水排放最佳方案,从冷凝水排放结构着手,提出了集中排放方案。通过增设冷凝水箱、电磁控制阀等措施将运行中的冷凝水自动存储,并将排水口调整至车辆底部中央位置。工程实践证明,相比于排水沟和排水坡两种形式,优化车辆冷凝水排水结构可以节省90%的工程成本,并在检修影响、维护保养和外形美观等方面均具有明显优势。

电动汽车空调系统解决方案

为了保持电动汽车的舒适性,本文探讨了电动汽车空调系统的几种解决方案,分别对电动空调系统、电驱动压缩机系统、座椅空调系统以及冰水冷媒制冷系统进行了介绍。对于电动空调系统,分别介绍了电动热泵式空调系统、电动压缩机制冷与电加热器制热混合调节空调系统。

一种变轴螺旋桨水空跨域无人航行器设计和控制技术

针对海上无人航行器的任务需求,提出了一种多螺旋桨可变轴倾转的水空跨域无人航行器,给出了水下航行、水面滑行、空中旋翼模式、空中固定翼模式多种形态的总体设计和相应的飞行控制技术。在进行多种环境下无人航行器动力学分析的基础上,重点给出了各飞行区域中的控制策略,尤其是过渡阶段的控制。一是从水下航行向水面滑行的过渡控制,除了涉及到两相流,还运用了倾转螺旋桨与舵面融合控制技术。二是从垂直起飞旋翼模式到螺旋桨转至水平位置固定翼飞行模式的过渡控制。文中阐述了空中倾转旋翼过渡阶段的俯仰控制和高度保持控制方法,还给出了自行研制的试验样机并进行了飞行控制航行试验。通过从水下航行转到水面滑行的成功试验和在空中倾转旋翼过渡阶段成功实现高度保持的稳定飞行试验,验证了文中设计和控制方法的有效性。

空水共用涡轮机气动设计与数值仿真

跨介质航行器是一种具备远程快速打击、重复出入水以及高效突防能力的新概念航行器,而其中涡轮发动机在跨介质航行器不同航行阶段的工作参数差别很大。为解决水下、空中及起飞工况下的空水共用涡轮机的气动设计,结合损失模型的方法提出一种空水共用涡轮机设计方法,通过数值仿真方法验证气动设计方法的合理性以及起飞工况的可行性。研究结果表明:在不同工况下,数值仿真结果与一维气动设计结果的相对误差均在2%以内;使用数值损失分解方法进一步分析了涡轮机的各部分损失,发现叶型损失为空水共用涡轮机的主要损失;水下工况时流场内存在激波和分离涡,部分进气度很小,损失较大;空中工况则流动更为均匀,损失较小;起飞工况时涡轮机工作在非设计点,此时主要依靠水下喷管做功,空中喷管则会产生负功率。该方法可为空水共用涡轮机的优化设计和试验提供参考。

入射条件对射弹入水跳弹行为的影响研究

为研究潜-飞两栖导弹和水下兵器在不同入水初始条件下的跳弹行为,利用ANSYSCFX软件构建数值计算模型,分别以入射角度和入水速度为变量,对细长体射弹的入水跳弹行为进行数值模拟.研究结果表明:射弹的入水跳弹行为可分为撞击阶段、侵水阶段和出水阶段等3个阶段;入水初始速度越大,射弹越容易发生跳弹行为,且发生跳弹的速度越快,而较小的初始速度不足以提供使射弹跳出水的动能;射弹的入射角度越小,其轨迹越易向上发生弯曲,越容易出现跳弹行为.

新型仿生水-空跨介质航行器结构设计

近年来,水-空跨介质航行器因具有立体跨域优势而成为研究热点,但水-空跨介质航行器平台总体的现有设计水平阻碍了其在实际复杂环境中的推广和应用。文中基于仿生变体技术,提出一种新型仿生水-空跨介质航行器结构。针对航行器外形特点,设计了2对变体水翼和折叠空翼,并开发出变体执行机构,以实现水翼、空翼的展开和收缩。为保证该航行器在多模态下的优良性能,对其在水下、水面和空中模态的水动力性能和气动性能进行了计算流体动力学数值仿真研究。结果表明,该航行器不仅可实现水下定深潜行、水面高速航行以及空中定高飞行的跨域作业,而且兼具水下隐蔽性和空中机动性等优势。

基于MPSO算法的空舰导弹航路规划

为保证空舰导弹的最佳攻击效果,借鉴水空介质航行器的相关研究思路,提出一种将导弹末端突防航路扩展至水下的攻击模式,并对其全局航路规划进行了研究。首先对目标舰艇对空及对海的综合防御能力进行了分析与建模,为保证规划算法效率,利用多种群粒子群优化(MPSO)算法进行寻优搜索,设计了相应的适应度函数和进化策略,最后给出仿真算例。仿真结果表明,该方法可以实现不同介质空间武器全局航路规划。

空投沉底航行体入水和触底过程仿真研究

基于ANSYS/LS_DYNA软件,对某空投沉底水雷以大倾斜角高速入水过程以及水雷触底过程进行了仿真研究。通过对水雷入水和触底时的过载研究,对水雷结构强度设计提供了依据;通过对水雷入水时的姿态研究,对水雷的布放设计提供了指导意见,对入水后的水下弹道设计也具有重要的参考意义。

变构型跨介质飞行器发展及关键技术分析

变构型跨介质飞行器就是既能满足在水下航行又能满足在空中飞行要求的飞行器,在具备水下航行隐蔽特性的同时也满足在空中飞行的机动性和灵活性要求。变构型跨介质飞行器可以通过改变其翼型结构适用于空气中与水中航行。该飞行器结合了无人机和潜艇的优势,可以实现多次出入水跨介质作业,在军事领域应用于战场关键信息侦察、突防和精确打击,在民用领域应用于海上灾难救援、深海地质探测等。从军事和民用方面分析了变构型跨介质飞行器的优势及用途,总结了国内外变构型跨介质飞行器发展现状,针对性地梳理了关键技术和难点问题,在此基础上提出了技术发展建议,为后续跨介质飞行器研究工作提供支撑。

仿生水-空跨介质航行器控制系统研究

随着海洋技术与装备的快速发展,对海上无人装备的作战能力提出更高要求。为了有效提高无人系统的跨域作战能力,亟需突破多模态跨域控制技术,实现多系统间的协同配合。基于上述背景,本文首先对国内外跨介质航行器的跨域控制技术进行梳理,并提出适用于仿生水-空跨介质航行器的两栖多模态切换控制技术和复杂海洋环境下的自抗扰控制技术。研究表明,该技术能够有效提升航行器跨域控制的鲁棒性与自抗扰能力。其次,初步设计与跨域控制技术相匹配的仿生水-空跨介质航行器软硬件系统,并论证航行器跨域控制系统的可行性。最后,对本文提出的控制技术进行总结分析,为新型水-空跨介质航行器的跨域控制技术研究提供新的思路。