循证训练理念下签派员技能全生命周期全动模拟机融合训练研究

为了培养高素质签派员队伍,借鉴飞行员技能全生命周期管理(PLM)体系建设相关理论,结合试点开展的“飞行员-签派员”融合训练,梳理其实施的可行性和必要性,探索签派员整个职业生涯岗位胜任力提升的实施路径。基于循证训练(EBT)理念总结“飞行员-签派员”融合训练的保障机制,为优化签派员训练模式提供参考。

全海深自变形水下机器人高效运动实现机理研究

与常规水下机器人不同,全海深水下机器人面临万米的垂直剖面水深,当前全海深水下机器人的潜浮过程占据了其入水后的大部分时间,导致全海深水下机器人运动效率不高。本文通过对潜浮运动模式及低阻构形方式的分析,结合变形—变结构水下机器人的设计思想,构建了一种适应于水下水平面与垂直面的高效运动模式,提出一种面向全海深高效运动的自变形水下机器人的实现方法。在对自变形水下机器人潜浮阶段与海底直航阶段运动进行模型分析的基础上,提出基于有效工作时间的运动效率评价方法。最后结合流体仿真软件Fluent对阻力系数的辨识,对自变形水下机器人的运动效率进行评估,验证了该自变形的构形方式相较于传统回转外形构形方式在面向全海深工作环境的高效性。

特发性脊柱侧弯患者步行生物力学特征:三维运动捕捉的横断面分析

背景:脊柱侧弯的生物力学分析病例数量有限,仅限于对脊柱或下肢独立进行生物力学分析,缺乏对人体多维度整体的评估,难以反映躯干与下肢在日常活动中的运动关系,不利于综合指导临床治疗。目的:通过测量脊柱侧弯患者在步行活动中的脊柱运动学,研究脊柱不同节段及下肢运动学/动力学在步态活动中的关系,以全方位多层次评估脊柱侧弯患者与正常人群在生物力学的差异,为临床防治脊柱侧弯提供循证依据。方法:此研究为一项横断面研究,于2020年7月至2021年6月,在福州大学城、福建中医药大学附属康复医院纳入脊柱侧弯患者28例及同年龄段正常人28例。采用三维运动捕捉系统以100 Hz的采样频率捕捉步态的运动学数据,2块测力台(AMTI 400600,采样频率1500 Hz)嵌于长10 m(数据采集有效长度为4 m),宽2.4 m平地走道采集动力学数据。比较两组受试者执行平地步行时步态时空参数,运动学及动力学参数的差异。所有受试者在纳入后立即接受全脊柱X射线片测量比较两组差异。结果与结论:(1)脊柱侧弯患者肩胛带-躯干相对旋转活动度、胸廓-骨盆相对旋转活动度较正常组小(P<0.05),骨盆旋转活动度相较正常组大(P<0.05)。(2)脊柱侧弯患者髋、膝关节屈伸活动度,髋关节凹凸侧屈伸峰力矩、地反力凸侧内外向峰值较正常组小(P<0.05)。(3)脊柱侧弯患者的膝关节屈伸活动度非对称性指数、肩胛带-躯干相对旋转活动度非对称性指数、胸廓-骨盆相对旋转活动度非对称性指数较正常组大(P<0.05)。(4)上述结果证实,脊柱侧弯患者在平地行走时肩胛带-胸廓-骨盆之间僵硬的运动模式,髋膝关节屈伸活动度减少,髋关节双侧屈伸力矩峰值及地反力凸侧内外向峰值降低。这些特征可以作为康复评估及治疗方案制定的依据。

基于互信息熵的全景视频关键帧数据实时提取系统设计

关键帧数据提取可以降低全景视频检索中产生的数据量,为了提高全景视频镜头边缘的检测与关键帧的提取的处理能力,提出基于互信息熵的全景视频关键帧数据实时提取系统设计;根据全景视频关键帧数据提取系统的硬件结构,分析视频播放器和镜头边缘检测器的工作原理;在系统的软件设计中,将待检测的两帧图像随机划分为子图像块,通过计算子图像块之间的互信息熵,获取全景视频图像的突变帧,将关键图像帧的特征差值曲线作为全景视频关键帧的时序特征,完成全景视频中关键帧数据的特征匹配,选择一个能够体现全景视频图像属性的特征,描述视频中的主要信息,利用数值化分析的方式,将全景视频帧的特征转换成数组形式的特征向量,通过计算互信息熵值,提取全景视频关键帧数;系统测试结果表明,文中系统将关键帧数据提取的查全率和查准率分别提高到95%和98%以上;能够准确提取出全景监控视频的关键帧数据,具有更好的全景视频处理能力。

半潜平台浮托安装水动力响应特性数值模拟与模型试验研究

半潜式平台(Semi-Submersible Platform, SEMI)是海洋石油天然气开发中钻井和生产中常见的浮式平台,随着海洋资源的不断开发,浮托安装作为一种省时省力的新型模块安装法逐渐成为主流。本文以半潜平台上部组块浮托安装过程为研究对象,以数值模拟和模型试验为研究手段,针对不同海况条件,探究半潜平台在浮托安装船进船过程中的水动力响应特性,并对平台是否会发生触底进行评估。结果表明,Newman近似法得到的垂荡运动结果与全QTF法误差较大,后者与模型试验吻合更好;本文平台不会发生触底现象,可以安全进行浮托安装作业,研究结果为实际工程安装提供数据支持与有力支撑。

四川省减震结构时程分析中的输入地震记录选取

针对目前四川省减震设计中时程分析结果离散性较大的问题,在对《四川省建筑消能减震技术标准》编制过程中,建议设置一组具有地方区域特性的天然地震动加速度时程记录,将其作为设计人员设计完成后进行结果验算校核的地震动输入,以降低减震结构设计中人为选择地震动的随意性,提高地方减震标准执行的实际价值。文章对比了国家规范选波和全频段选波的方法,从PEER地震数据库按相同的减震设计目标选取地震动,并利用全频段选波的方法从中国地震局的四川地区地震动记录库筛选地震动,把三类地震动输入相同的减震结构进行时程分析。对比结构响应及其变异系数(Cv),结果表明:四川组地震动时程输入下结构层间位移角离散性较小,结构响应稳定,所选择的四川地震动时程集可作为四川省减震设计验算参考波库。

基于全流量光学传感器的磨粒运动特性研究

针对航空发动机滑油系统管路中磨损颗粒的运动特性进行了研究。首先,建立磨粒的运动学方程,分析影响运动的主要因素;然后,自制全流量在线光学传感器,并搭建磨粒运动监测系统,再结合高效卷积算子(ECO)算法对动态磨粒进行跟踪以及速度测算;最后,利用仿真软件,对多个影响因素进行多元回归方程的拟合。研究结果表明:回归方程的拟合度较高。同时,各因素对颗粒运动速度影响的重要程度依次为:油液的流速、颗粒的密度、油液的粘度、颗粒的粒径。同时,油流的速度与颗粒的运动速度呈正相关,颗粒的密度、油液粘度、颗粒的直径与颗粒的运动速度呈负相关。

基于荧光原位杂交技术的全自动病理染色系统结构设计

荧光原位杂交(FISH)技术是检测恶性肿瘤细胞核酸序列的常用方法,在癌症的诊疗领域有广泛应用。为实现FISH实验的全自动化,设计了一种全自动病理染色系统。该系统设置有多轴操纵臂、试剂加样器、载玻片、盖玻片夹具、辅助模块等。多轴操纵臂定位误差不大于±0.1 mm,提取及丢弃移液枪头准确率大于99.5%,抽取盖玻片成功率大于99%,微量试剂加样误差不大于0.6μL,大量试剂加样误差不大于0.5 mL,载玻片夹具控温误差不大于±1℃且无试剂泄漏。生物实验结果表明,该系统荧光染色效果良好,信号点清晰可见,荧光图像可判读率超过90%,具有较好的人工替代性。

可变向多地形移动全R副并联机器人

为了提升并联机器人适应多重复杂地形环境的能力,通过结合可重构并联机器人与多运动模式移动机器人的优势,提出了一种可变向多地形移动全R副并联机器人。以平面单环4R机构为本体,基于相邻运动副的空间轴线关系构造具有三方向转动能力的闭链机构,并以此为本体,基于正交的空间几何关系,将2个全R副单闭链组成一个可通过几何变形和自重构的方式实现多种滚动模式的全向移动并联机构。然后,对所设计的并联机器人进行自由度理论分析验证、步态规划仿真及运动控制设计。最后,制作机器人样机,通过实验来验证机器人设计方案及其运动模式的可行性。结果表明,使用几何变形和自重构的方式可提升并联机器人适应多重复杂地形环境的能力。研究结果可为多模式并联移动机器人的设计提供新思路。

面向高速列车过隧道气动效应的自调节数值模拟方法

为研究高速列车过隧道时的气动效应问题,本文建立了基于结构网格和Cartesian网格的融合网格生成策略,提出了基于全叉树数据结构的融合网格生成方法,开发了一种具有移动边界条件的自调节Euler方程数值求解器.采用流动方向上单位压力变化的反馈绝对值作为网格自调节的控制参数,实现了动边界条件下流场网格的自动加密与稀疏.基于上述求解器对高速列车通过隧道场景进行了数值分析,获得了隧道壁面关键部位测点的压力变化数据,还进行了相同条件下的高速列车动模型试验.试验对比结果表明,求解器计算与模拟试验结果基本吻合.本文发展的网格生成策略以及动边界条件下的Euler求解器具有较高的数值精度,是面向高速列车动边界问题数值求解的一个较好选择.

基于共心球透镜的大视场高分辨率红外变焦成像系统设计

针对凝视型红外成像告警设备中对场景目标进行大视场广域搜索与小视场精确识别一体化的应用需求,设计了一种基于共心球透镜的大视场高分辨率红外变焦成像系统.该系统采用由多层共心球透镜和可连续变焦的独立次级小相机阵列级联而成的二次成像结构,能够有效实现大视场高分辨率无畸变成像.此外,采用全动变焦设计的独立次级小相机阵列在对搜索到的目标进行探测、识别和跟踪的一体化检测的同时保持像面稳定,实现对成像场景的分区域管理.设计结果表明,该红外成像系统在全变焦范围内的调制传递函数(MTF)曲线均接近衍射极限,且变焦曲线平滑,避免了变焦过程中卡滞、冲击等不利现象的产生,能有效实现大视场监测及小视场识别的功能.

空间微动目标动态全极化回波仿真技术研究

从空间微动目标的运动特性和全极化散射特性两方面出发,研究了进动目标动态全极化回波仿真技术。分析了自由段飞行过程中目标姿态角的变化规律,通过进动坐标系建立了微动参数到目标姿态角的映射关系,修正了直接将偏航、俯仰、横滚等三个欧拉角应用于进动目标姿态角计算的方法。建立了目标测量极化到雷达发射极化的变换关系,指出全极化雷达各个极化通道回波的仿真,均需要目标全极化测量数据的支撑。典型参数下的仿真结果表明,本文提出的方法能够逼真反映空间微动目标的全极化特性。

改进变步长算法在实时飞行仿真中的应用

飞行模拟机是民航训练飞行员的重要装备,飞行仿真系统是飞行模拟机的重要系统之一。飞行仿真要建立飞机的全量运动方程,利用数值算法解算运动方程达到仿真飞机飞行状况的目的。采用四元数法表示的飞机欧拉方程能够克服普通欧拉方程奇异性,但用定步长方法解算会产生较大累积误差,所以必须采用变步长方法。实时飞行仿真要求较高的实时性与逼真度,通过仿真试验分析,确定了采用一种改进变步长2阶Runge-Kutta法,该方法具有迭代次数少,解算精度高,实时性强的优点。利用该改进变步长算法,编写了实时飞行系统仿真软件,软件中使用相应算法解决了变步长算法选择步长与系统迭代定时时间不匹配的矛盾,实现了精确的实时仿真。

基于耦合非线性模拟的深海钢悬链线立管疲劳可靠性研究

充分考虑平台系统在复杂海况下的耦合非线性效应,分别采用反映海床吸力效应的线性滞后模型和传统线性海床模型模拟立管触地区域和海床的相互作用,对深海钢悬链线立管进行非线性时域模拟,根据预报的触地点响应采用确定性方法计算应力参数。根据基于S-N曲线及Miner准则建立极限状态方程,采用一阶可靠度方法研究触地点的疲劳可靠度,结果表明,与传统模型相比,线性滞后模型得到触地点在低应力范围的循环次数较多而在较高应力范围区域的循环次数较少,因而具有较高的可靠度指标。文中的立管疲劳可靠性分析将平台/系泊索/立管作为一个统一整体并包括海床对立管的吸力效应,有助于提高钢悬链线立管的疲劳可靠性设计的精度。

FPSO运动实测数据统计研究--“南海奋进号”FPSO实船测量研究Ⅰ

由于海洋平台现场实测受到种种客观和主观因素的制约,国内外相关研究很少。"南海奋进号"FPSO开展了长达25个月的实测试验,测量了FPSO六个自由度的运动。对该FPSO在2008年和2009年的运动数据进行统计分析,总结了"南海奋进号"FPSO在这两年不同季节中的运动规律,弥补了中国在海洋工程浮式结构物的运动及载荷实地测量技术方面的空白。

三自由度摇摆台控制系统设计

介绍一种新型的摇摆台系统,采用并联结构、电机驱动、半闭环和全闭环组合控制的方式,满足了静态定位精度高、连续摇摆运动平滑和高带载能力的要求.在这一系统的设计中,利用运动控制卡、伺服电机和高精度光电编码器构建了半闭环和全闭环组合控制系统,设计了点动和连续转动两种运动模式下的控制方案.为方便用户操作和监控摇摆台实际运动情况,利用运动控制卡和数字I/O卡控件,用VB.NET设计了计算机显示及监控软件,界面方便、友好.

一种全局各向同性的三自由度转动并联机构

介绍了一种新颖的全局各向同性的三自由度转动并联机构的综合过程。该机构仅由转动副组成,可以实现三个独立解耦的转动自由度。以雅可比矩阵行向量的物理含义为基础,根据各向同性机构的数学定义,得到全局各向同性并联机构的充分必要条件,并以此为基础得到了全局各向同性的三自由度转动并联机构。最后,针对机构约束冗余的不足,进一步提出了避免过约束的改进机型。

高精度实时全帧频SURF电子稳像方法

针对视频抖动和电子稳像的实时性,提出了基于SURF的电子稳像算法。首先,采用SURF算法检测图像的兴趣点,建立了当前帧与参考帧的对应关系,得出高精度的运动估计矢量。然后,通过判定参考帧更新策略,获得平滑的帧间全局运动矢量,进而对原始视频序列进行运动补偿。最后,将参考帧对应区域像素填充到稳像帧丢失像素区域进行全帧频补偿,输出高精度的实时全帧频电子稳像视频。实验结果表明,采用SURF算法的实时电子稳像算法,运行时间<30ms,精确度<1 pixel,对存在严重运动模糊的视频具有较强的鲁棒性,可以去除帧间高频抖动并有效改善视频质量。

载荷、往复滑动频率及其交互作用对35CrMo?GCr15钢磨损的影响

采用UMT-2MT多功能摩擦磨损试验机,利用全因子设计方法,研究载荷、往复滑动频率及其交互作用对35CrMo/GCr15摩擦副在3#锂基润滑脂润滑下的往复滑动磨损的影响.磨损体积的方差分析表明,根据影响率,对35CrMo/GCr15摩擦副的磨损具有影响的因素依次为载荷、交互作用和往复滑动频率.结合SEM和EDS分析微观磨损形貌,认为在不同的磨损条件下,氧化磨损、黏着磨损、磨粒磨损和剥层磨损等不同的磨损机制同时存在.