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软式空中加油系统鞭甩现象多体动力学分析 被引量:1
1
作者 赵振军 谭兴宇 +2 位作者 史晓军 张昌荣 郭鹏 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期696-707,共12页
软管-锥套式空中加油系统的柔性结构经常发生不同程度的软管鞭甩现象,极大影响空中加油任务的安全性。基于柔性多体动力学,建立了空中加油系统动力学模型,其中,利用基于任意拉格朗日-欧拉描述方式和绝对结点坐标法的索/梁模型描述管线... 软管-锥套式空中加油系统的柔性结构经常发生不同程度的软管鞭甩现象,极大影响空中加油任务的安全性。基于柔性多体动力学,建立了空中加油系统动力学模型,其中,利用基于任意拉格朗日-欧拉描述方式和绝对结点坐标法的索/梁模型描述管线的大变形、大范围运动以及软管收放,并对空中加油系统受到的气动力进行建模,建立的模型能够反映加油机和受油机运动、软管和锥套的变形与气动力的耦合影响。基于建立的空中加油系统动力学模型,复现飞行状态下的软管鞭甩现象,获得了鞭甩现象的形成机理。研究表明,对接冲击下,软管平衡状态改变所形成的剪切波向后传播与反射是鞭甩现象产生的主要原因。通过多工况计算结果,分析了软管刚度、对接速度、Ma数各因素对鞭甩现象引起的软管剪切力、纵波与剪切波传播速度的影响规律,并分别分析了软管收放控制和加缓冲的受油插头两种措施对鞭甩现象振动抑制的有效性。 展开更多
关键词 多体动力学 空中加油 鞭甩现象 软管-锥套组合体
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变长度加油软管系统动力学建模及运动特性分析
2
作者 赵文碧 张泽华 +3 位作者 赵瑛 杨骕 屈耀红 席庆彪 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期920-928,共9页
空中加油过程中,软管锥套受复杂气流干扰发生飘摆运动,同时在受油机的撞击作用下可产生甩鞭现象,严重制约了空中加油的成功率及安全性。为了研究软管锥套系统的运动特性,基于绝对节点坐标方法建立变长度软管动力学模型。同时考虑软管材... 空中加油过程中,软管锥套受复杂气流干扰发生飘摆运动,同时在受油机的撞击作用下可产生甩鞭现象,严重制约了空中加油的成功率及安全性。为了研究软管锥套系统的运动特性,基于绝对节点坐标方法建立变长度软管动力学模型。同时考虑软管材质的阻尼特性、加油吊舱卷盘机构的收放运动、加油过程中存在的紊流及尾涡等风场环境,根据多体系统动力学建模理论,获得软管复杂风场下加油锥套系统动力学模型。利用有限元分析软件ANSYS仿真及Simulink数值计算对软管平稳拖曳状态下锥套的下沉量进行模拟,同时将锥套平稳拖曳阻力Simulink数值结果与NASA公开数据资料进行比较,说明所提建模方法的准确性和可行性。通过数值仿真,确定了不同飞行高度/飞行速度下加油软管的稳定拖曳状态,分析了不同对接速度下软管甩鞭动力学特性,验证了不同测力反馈点对甩鞭抑制效果的影响。 展开更多
关键词 软式空中加油 绝对节点坐标法 多体动力学建模 复杂风场 甩鞭现象
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静电纺丝过程中泰勒锥、射流鞭动和电晕现象分析 被引量:13
3
作者 刘兆香 刘勇 +3 位作者 王欣 安瑛 丁玉梅 杨卫民 《塑料》 CAS CSCD 北大核心 2012年第3期29-34,共6页
目前,国内外研究人员针对静电纺丝已进行了广泛且深入的研究,其中观察和研究静电纺丝过程中的物理现象是当今研究的热点之一,这对于深入理解静电纺丝的原理、超细纤维的获得及特定样品的制备、装置的改进等具有重要意义。综述了静电纺... 目前,国内外研究人员针对静电纺丝已进行了广泛且深入的研究,其中观察和研究静电纺丝过程中的物理现象是当今研究的热点之一,这对于深入理解静电纺丝的原理、超细纤维的获得及特定样品的制备、装置的改进等具有重要意义。综述了静电纺丝中典型的几种物理现象,包括泰勒锥、射流鞭动和电晕现象,并对各个现象的产生原理、影响因素和改进措施等进行了综合的分析,为以后静电纺丝科学的发展和应用提供了有利参考和依据。 展开更多
关键词 静电纺丝 泰勒锥 射流鞭动 电晕现象 现象分析
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鱼雷斜入水忽扑现象数值仿真 被引量:1
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作者 张岳青 蔡卫军 +2 位作者 李建辰 王志杰 庞多 《水下无人系统学报》 北大核心 2018年第2期146-151,共6页
针对目前鱼雷入水初始弹道计算不准确的问题,对鱼雷入水过程中涉及的机理性问题进行了分析。基于无网格的优势,采用有限元法(FEM)/光滑质点动力学(SPH)耦合方法,对鱼雷斜入水大姿态运动过程进行了仿真。通过试验数据验证了仿真模型的正... 针对目前鱼雷入水初始弹道计算不准确的问题,对鱼雷入水过程中涉及的机理性问题进行了分析。基于无网格的优势,采用有限元法(FEM)/光滑质点动力学(SPH)耦合方法,对鱼雷斜入水大姿态运动过程进行了仿真。通过试验数据验证了仿真模型的正确性,并分析了鱼雷斜入水过程的忽扑现象。计算了不同工况下低压力的数值,并通过理论公式进行了验证。研究结果表明,鱼雷斜入水后雷头下部易产生低压效应,造成大姿态的低头运动。造成忽扑现象的低压力受入水攻角的影响较大,负攻角工况低压力数值比正攻角大,且持续作用时间长。所以需要充分考虑低压力的影响,才能更准确的对鱼雷入水弹道问题进行分析和设计。 展开更多
关键词 鱼雷 入水 忽扑现象 有限元法 光滑质点动力学(SPH) 耦合方法
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牵顶伞对大型降落伞抽打现象的作用 被引量:4
5
作者 王海涛 秦子增 +1 位作者 宋旭民 郭鹏 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期49-54,共6页
对某大型降落伞系统的拉直过程进行多阶段、多有限段和多自由度的动力学建模。通过仿真研究了牵顶伞和剥离带等改进措施对主伞拉直后伞衣抽打现象影响,重点分析比较了带与不带牵顶伞时伞衣位形、抽打速度、偏离距离等参数的变化,分析结... 对某大型降落伞系统的拉直过程进行多阶段、多有限段和多自由度的动力学建模。通过仿真研究了牵顶伞和剥离带等改进措施对主伞拉直后伞衣抽打现象影响,重点分析比较了带与不带牵顶伞时伞衣位形、抽打速度、偏离距离等参数的变化,分析结果可为大型降落伞的工程设计、改进和使用提供理论支持。 展开更多
关键词 牵顶伞 抽打现象 抽打速度 偏离距离 剥离带
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软式加油过程中软管鞭打现象数值模拟研究 被引量:1
6
作者 陈乐乐 刘学强 《航空计算技术》 2016年第6期56-59,共4页
对空中加油过程中软管锥套系统产生的鞭打现象进行了数值模拟。流场计算中的空间离散采用Osher格式,紊流模型采用S-A一方程模型;运用"刚杆-球铰"模型离散方法对软管锥套系统建模,建立了软管多体系统模型并推导其运动控制方程... 对空中加油过程中软管锥套系统产生的鞭打现象进行了数值模拟。流场计算中的空间离散采用Osher格式,紊流模型采用S-A一方程模型;运用"刚杆-球铰"模型离散方法对软管锥套系统建模,建立了软管多体系统模型并推导其运动控制方程;采用一类基于相邻单元搜索算法,通过搜寻软管节点所在加油机尾流场网格的宿主单元,建立软管微段气动力与流场的联系。运用方法对软管锥套系统的动态特性进行了仿真,结果与国内外飞行试验结果相吻合。 展开更多
关键词 空中加油 软管锥套系统 鞭打现象 多体系统 数值模拟
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软化梁的动力行为 被引量:1
7
作者 余同希 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 1995年第2期161-172,共12页
由于材料的应变软化,或是由于薄壁梁在挠曲变形时的截面畸变,梁的弯矩一曲率关系可能呈现先强化后软化的性态。近几年来北京大学一个研究组的工作证实,具有软化特性的半无限长梁在自由端受常速度冲击时,软化可能发展为一个有限长的... 由于材料的应变软化,或是由于薄壁梁在挠曲变形时的截面畸变,梁的弯矩一曲率关系可能呈现先强化后软化的性态。近几年来北京大学一个研究组的工作证实,具有软化特性的半无限长梁在自由端受常速度冲击时,软化可能发展为一个有限长的区段,并在梁内移动,同时,英国UMIST的一个研究组以核电站中的管道甩动问题为工程背景,集中研究了具有软化特性的有限长梁的动力行为。提出了计及弹性、强化、软化和梁的几何大变形的理论模型,并发展了相应的有限差分程序。这一理论模型能够预报软化区的萌生、发展和局部化,同管道甩动实验观测极为符合。 展开更多
关键词 软化梁 动力学 变形 工程结构
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空中加油软管“甩鞭”现象安全性分析与仿真验证 被引量:5
8
作者 丛继平 崔利杰 +1 位作者 陈浩然 任博 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期1958-1965,共8页
对于软管式空中加油系统,由于受到加油机尾流、大气紊流、受油机艏波、飞行员操作水平、燃油压力脉动等各种因素干扰,加油软管难以稳定在平衡位置,在对接时常发生软管"甩鞭"现象(HWP)。软管"甩鞭"现象严重影响了空... 对于软管式空中加油系统,由于受到加油机尾流、大气紊流、受油机艏波、飞行员操作水平、燃油压力脉动等各种因素干扰,加油软管难以稳定在平衡位置,在对接时常发生软管"甩鞭"现象(HWP)。软管"甩鞭"现象严重影响了空中加油任务的安全性,降低对接成功率,是空中加油过程的一种典型危险。基于系统理论事故模型和过程模型(STAMP)理论和系统理论过程分析(STPA)方法对空中加油过程的典型危险——HWP,开展了具体的致因分析,从控制模型的角度系统分析导致HWP发生的不安全行为和相应的致因场景,从系统层、不安全控制行为层和致因因素层分别提出避免空中加油软管HWP发生的一系列安全约束。根据软管HWP的危险功能控制结构,利用Simulink工具搭建仿真验证平台,以对接速度、卷盘机构控制、软管长度关键致因为模型输入,验证所提安全约束的准确性和可行性。 展开更多
关键词 空中加油 软管“甩鞭”现象(HWP) 航空安全 系统理论事故模型和过程模型(STAMP)理论 仿真验证
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基于STPA法的空中加油软管甩鞭安全性分析 被引量:2
9
作者 吕旭飞 姚尚宏 权家乐 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期152-157,共6页
为定量评价空中加油软管甩鞭(HWP)现象的安全性,使用系统理论过程分析(STPA)法查找出相关系统级危险、不安全控制行为和致因因素共计46条,确定与之对应的44项安全对接约束条件;依据空中加油飞行试验数据,定义可量化的安全检查点,依据安... 为定量评价空中加油软管甩鞭(HWP)现象的安全性,使用系统理论过程分析(STPA)法查找出相关系统级危险、不安全控制行为和致因因素共计46条,确定与之对应的44项安全对接约束条件;依据空中加油飞行试验数据,定义可量化的安全检查点,依据安全检查点将安全约束条件分为17类,确定各检查点的安全区间和权重;根据飞行数据确定HWP的安全量化区间,使用量化区间及其权重,对形成软管重度甩鞭、中度甩鞭、安全对接的实例进行安全性评分。结果表明:使用STPA识别安全风险并量化评分的方法能够表征空中加油对接中的安全水平,其中,软管重度甩鞭下的对接安全性水平最差。 展开更多
关键词 系统理论过程分析(STPA) 空中加油 软管甩鞭(HWP) 对接安全性 安全约束条件 安全检查点
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Dynamic modeling of a hose-drogue aerial refueling system and integral sliding mode backstepping control for the hose whipping phenomenon 被引量:20
10
作者 Wang Haitao Dong Xinmin +1 位作者 Xue Jianping Liu Jiaolong 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2014年第4期930-946,共17页
Dynamic modeling of a hose-drogue aerial refueling system(HDARS) and an integral sliding mode backstepping controller design for the hose whipping phenomenon(HWP) during probe-drogue coupling are studied. Firstly,... Dynamic modeling of a hose-drogue aerial refueling system(HDARS) and an integral sliding mode backstepping controller design for the hose whipping phenomenon(HWP) during probe-drogue coupling are studied. Firstly, a dynamic model of the variable-length hose-drogue assembly is built for the sake of exploiting suppression methods for the whipping phenomenon.Based on the lumped parameter method, the hose is modeled by a series of variable-length links connected with frictionless joints. A set of iterative equations of the hose's three-dimensional motion is derived subject to hose reeling in/out, tanker motion, gravity, and aerodynamic loads accounting for the effects of steady wind, atmospheric turbulence, and tanker wake. Secondly,relying on a permanent magnet synchronous motor and high-precision position sensors, a new active control strategy for the HWP on the basis of the relative position between the tanker and the receiver is proposed. Considering the strict-feedback configuration of the permanent magnet synchronous motor, a rotor position control law based on the backstepping method is designed to insure global stability. An integral of the rotor position error and an exponential sliding mode reaching law of the current errors are applied to enhance control accuracy and robustness. Finally,the simulation results show the effectiveness of the proposed model and control laws. 展开更多
关键词 Aerial refueling BACKSTEPPING Hose drogue assembly Permanent magnet synchronous motor Sliding mode whipping phenomenon
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空中加油软管甩鞭现象建模与载荷计算 被引量:1
11
作者 闵强 《四川轻化工大学学报(自然科学版)》 CAS 2020年第5期76-82,共7页
为了得到软式空中加油过程中软管锥套组合体发生甩鞭现象时对受油机产生的插头载荷,首先将软管甩鞭现象产生的原因分为高速气流与松弛软管耦合以及软管内通过高压高速燃油时刚度急剧变化两部分组成,然后针对软管在气动力和张力作用下形... 为了得到软式空中加油过程中软管锥套组合体发生甩鞭现象时对受油机产生的插头载荷,首先将软管甩鞭现象产生的原因分为高速气流与松弛软管耦合以及软管内通过高压高速燃油时刚度急剧变化两部分组成,然后针对软管在气动力和张力作用下形成的甩鞭现象进行工程离散方法建模,采用中心差分法计算得到高速气流与松弛软管耦合产生的甩鞭载荷;再采用流固耦合方法模拟软管在高压高速燃油流过时的甩鞭过程,通过仿真计算得到软管刚度急剧变化时的插头载荷。研究结果表明:这两部分原因都会产生不可忽略的插头载荷,其中高速气流与松弛软管耦合产生的载荷为主要因素。在软式空中加油相关结构设计时,可取二者的叠加值作为软管甩鞭时的设计载荷。 展开更多
关键词 软管甩鞭 插头载荷 中心差分法 流固耦合
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空中加油软管锥套组合体甩鞭现象动力学建模与分析 被引量:17
12
作者 王海涛 董新民 +2 位作者 郭军 刘娇龙 王健 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期3116-3127,共12页
软管锥套组合体特殊的刚-柔-液耦合结构使其甩鞭现象动力学特性极为复杂,尚无法准确建模分析,严重制约了现有抑制措施的有效性,大大限制了空中加油对接的成功率和安全性。为分析甩鞭现象的动力学特性,基于集中参数的多刚体动力学,提出... 软管锥套组合体特殊的刚-柔-液耦合结构使其甩鞭现象动力学特性极为复杂,尚无法准确建模分析,严重制约了现有抑制措施的有效性,大大限制了空中加油对接的成功率和安全性。为分析甩鞭现象的动力学特性,基于集中参数的多刚体动力学,提出一种包含软管弹性且长度可变的软管锥套组合体运动模型。软管被抽象为由无摩擦铰链相互串联的若干变长度刚性连杆,各连杆质量和受力假设集中于铰链处。同时考虑软管弯曲恢复力、软管收放、加油机牵连运动、重力、定常流、大气扰动以及加油机尾流等内外部因素,推导出迭代形式的软管锥套组合体运动方程。通过数值仿真,对不同对接速度、不同软管长度和恒力弹簧控制方式等因素对甩鞭现象动力学特性的影响进行分析。结果表明,在对接速度柔和、软管长度较长时,对接诱发的甩鞭现象程度较轻。恒力弹簧控制方式诱发类似简谐振动形式的甩鞭现象,根源在于软管收放控制范围有限,回卷滞后性明显无法匹配受油机对接速度。 展开更多
关键词 空中加油 甩鞭现象 软管锥套组合体 多刚体动力学 建模
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软式空中加油对接约束力不确定性分析 被引量:3
13
作者 张国斌 张青斌 +2 位作者 丰志伟 陈青全 杨涛 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第9期295-309,共15页
软式空中加油过程中锥套和受油管连接处的最大约束力,可造成锥套和受油管的脱离以及受油管的断裂,甚至引发安全事故。为了研究输油过程中软管锥套组合体的动力学特性,利用ALE-ANCF输油管道模型和多体建模方法,建立了加油系统刚-柔-液耦... 软式空中加油过程中锥套和受油管连接处的最大约束力,可造成锥套和受油管的脱离以及受油管的断裂,甚至引发安全事故。为了研究输油过程中软管锥套组合体的动力学特性,利用ALE-ANCF输油管道模型和多体建模方法,建立了加油系统刚-柔-液耦合的多体动力学模型;为了获取参数不确定条件下对接约束力的期望范围,采用融合多项式混沌方法和动力学模型的不确定性快速分析方法,得到了不同高度下飞行速度、输油软管长度和两机相对运动速度存在不确定性时的对接约束力期望范围。数值仿真结果表明,当受油机和加油机存在相对运动时,受油管在特定截面处的最大压力、剪力和弯矩的期望值将会分别大幅提高50%、272%和772%。 展开更多
关键词 空中加油 多体系统动力学 绝对节点坐标法 甩鞭现象 多项式混沌
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Modeling and simulation of a time-varying inertia aircraft in aerial refueling 被引量:5
14
作者 Wang Haitao Dong Xinmin +2 位作者 Xue Jianping Liu Jiaolong Wang Jian 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第2期335-345,共11页
Studied in this paper is dynamic modeling and simulation application of the receiver aircraft with the time-varying mass and inertia property in an integrated simulation environment which includes two other significan... Studied in this paper is dynamic modeling and simulation application of the receiver aircraft with the time-varying mass and inertia property in an integrated simulation environment which includes two other significant factors, i.e., a hose-drogue assembly dynamic model with the variable-length property and the wind effect due to the tanker's trailing vortices. By extending equations of motion of a fixed weight aircraft derived by Lewis et al., a new set of equations of motion for a receiver in aerial refueling is derived. The equations include the time-varying mass and inertia property due to fuel transfer and the fuel consumption by engines, and the fuel tanks have a rectangle shape rather than a mass point. They are derived in terms of the translational and rotational position and velocity of the receiver with respect to an inertial reference frame. A linear quadratic regulator (LQR) controller is designed based on a group of linearized equations under the initial receiver mass condition. The equations of motion of the receiver with a LQR con- troller are implemented in the integrated simulation environment for autonomous approaching and station-keeping of the receiver in simulations. 展开更多
关键词 Aerial refueling Equations of motion:Hose-rogue assembly Time-varying inertia whipping phenomenon
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