水下训练服中性浮力姿态的一种量化测试方法

出舱活动模拟失重试验和训练中,复杂作业时需要水下训练服的姿态在直立位、水平位之间调整,由于缺乏对服装中性浮力姿态的定量描述,通常情况下配平难以达到模拟在轨失重状态时姿态大范围变化要求。分析了水下训练服的姿态及其受力关系,总结了水下训练服中性浮力姿态描述的定量指标,提出了一种姿态测试方法,设计并研制了一套姿态测试系统,并对水下训练服进行实际测试。结果表明:该指标可有效描述水下训练服的中性浮力配平姿态,提高配平效果。该指标也适用于其他水下中性浮力设备。

水槽训练航天服中性浮力配平方法

实现水槽训练航天服的中性浮力状态是在水槽中实施航天员出舱活动程序训练的前提条件。针对引进的俄罗斯水槽训练航天服配重分布特点,结合在俄罗斯受训体会及两次大型水下试验的摸索,提出水槽训练航天服中性浮力配平目标及实施方法。

低频高灵敏度中性浮力式MEMS矢量水听器

由中北大学研制的微机电系统（MEMS）矢量水听器具有小型化、低频性能好、灵敏度高、指向性好、价格低等特点，但目前该水听器对该低频水声信号的低频探测能力不够，所以进一步提高其灵敏度对水听器的未来的发展至关重要。在声学研究的基础上，提出了中性浮力微结构并确定其参数，该结构加大了外力的有效作用面积，从而提高水听器的灵敏度，采用ANSYS有限元对水听器性能进行仿真，为了验证其可靠性，在驻波场测试水听器的性能。结果表明，该水听器的灵敏度-175dB，频响范围为20～500Hz，满足对远距离船舶辐射噪声的探测要求，灵敏度响应曲线的起伏在±1．5dB以内，具有良好的“8”字型指向性，凹点深度为48．8dB。

气动壳体结构中性浮力模拟失重动力学分析研究

目的为中性浮力模拟失重试验提供理论支持。方法将气动壳体结构看作质量恒定、体积可变的刚体结构,研究建立了气动球壳的刚体动力学数学模型和气动力学数学模型,在此基础上,通过计算机仿真研究了气动球壳结构在定质量流量供气条件下的运动规律和余压变化规律等。结果定质量流量供气的气动壳体结构的中性浮力平衡是不稳定的。结论气动壳体结构的中性浮力平衡控制是实现稳定可靠的中性浮力平衡的核心问题。

美国的中性浮力设备及其应用

中性浮力设备是模拟航天失重效应的重要技术装备,介绍了美国中性浮力模拟设备的发展,并分析了美国应用中性浮力设备开展的航天员出舱活动训练、航天器装备研制、大型装备或构件的空间作业技术研究、航天工效学研究与评价等方面的工作,并针对我国未来空间站任务的需求,分析和展望了我国现有中性浮力水槽的应用前景。

美国的中性浮力模拟器及其应用

中性浮力地面模拟试验不仅可以用来训练航天员,对大型空间结构的设计及在轨组装与维修技术研究也具有重要的作用。文章对美国的三台大型中性浮力模拟器的性能、规模和配置及几次典型的大型空间结构的中性浮力模拟试验作了介绍。

具有中性浮力的水下压电加速度计的研究

具有中性浮力的水下压电加速度计采用沿径向弯曲振动的压电陶瓷圆片作为敏感元件 ,它由粘接在一金属圆盘基座上的两片压电陶瓷圆片组成核心元件 ,用金属外壳实现边界支撑 ,外部由低密度复合材料包敷从而呈中性浮力。这种加速度计可直接测得水下声场中水质点的振动加速度。作者研制的加速度计高 0 .0 2 8m、直径 0 .0 74 m、总质量 0 .12 kg、密度 990 kg/ m3,其电压灵敏度为 - 2 4 d B(0 d B=1V / g) ,电容量为 2 .4 n F,谐振频率13k Hz,工作频带 2 0～ 5 0 0 0

中性浮力水槽水下设备腐蚀分析

针对中性浮力水槽淡水环境中金属设备出现的腐蚀问题,理论研究了水质成分对金属设备可能造成腐蚀的原理和机理。通过实际工程监测数据,归纳分析了水下金属设备腐蚀的几种典型情况和实际原因,对水下设备腐蚀期间可能造成金属腐蚀的水中部分离子成分变化趋势进行了探讨,认为试验期间水下设备腐蚀的主要原因在于设计与选材、制造工艺以及防护措施上。考虑中性浮力水槽水质基准要求、水下设备特殊要求以及长期试验需求,从材料选型、结构设计、加工工艺以及电化学保护法等方面提出了水下金属设备研制加工的防腐蚀措施。

中性浮力和失重环境人体运动仿真比较研究

为了模拟失重状态,航天技术发达的国家都建立了用于航天员出舱活动训练的中性浮力水槽。但与太空失重环境相比,水中存在的水动阻力会导致两种环境下人体运动反馈的差异性。基于ADAMS多体动力学仿真软件,按照"飞天"舱外航天服的质量分布,建立了着舱外服人体动力学模型。利用此模型仿真比较了水下和失重环境中肘关节屈伸、肩内收外展、肩矢状面内运动时人体躯干的动力学反馈,发现水下环境中模型躯干的转动速度峰值和平均值均较大。研究结果已应用于神舟七号载人飞行任务出舱活动航天员训练,建立的航天员人体动力学模型可应用于我国未来空间站任务出舱活动仿真分析。

一种有效的中性浮力下实验体姿态机动模拟控制律设计

在空间微重力环境的地面模拟技术中,中性浮力法利用水的浮力使实验体处于漂浮状态,可以提供六自由度运动模拟,并且可进行长时间的与空间十分相似的自由运动。因此可以采用该方法实现空间飞行器空间任务的地面模拟演示和功能验证。姿态控制作为空间任务的基本操作之一,其在中性浮力实验环境下的控制模拟非常重要,需要针对复杂的水下环境进行设计。目前针对水下航行器的研究非常广泛,但是专门针对中性浮力环境下空间任务模拟的研究并不多,缺少理论验证与仿真。本文针对中性浮力环境下实验体姿态机动模拟控制律设计问题进行研究。首先根据流体力学和动量矩定理推导出实验体的姿态动力学方程,根据四元数与角速度的关系得到实验体的姿态运动学方程;然后在理想状态下基于动力学方程,使用Lyapunov方法设计实验体的姿态机动模拟控制律,并证明了闭环系统的渐进稳定性;最后通过仿真验证了控制算法的性能,为中性浮力环境下实验体姿态机动模拟提供理论基础。

中性浮力下实验体模拟对地定向控制律设计

中性浮力法是模拟空间微重力环境的一种常用手段,其原理是利用水的浮力平衡物体所受的重力,使物体处于漂浮状态。该方法模拟的微重力环境相似度高,持续时间长,可以提供6自由度运动模拟,因此采用该方法实现空间飞行器空间任务的地面模拟演示和功能验证是可行的。研究了中性浮力下实验体模拟对地定向控制律设计问题。首先根据流体力学和动量矩定理推导出实验体的姿态动力学方程,并通过本体坐标系与参考坐标系的关系,得出用于控制的动力学方程。然后在理想状态下基于该动力学方程,使用Lyapunov方法设计实验体模拟对地定向控制律,并证明了闭环系统的渐进稳定性。最后通过仿真验证了控制算法的性能。为中性浮力环境下实验体的空间任务模拟提供理论基础。

基于CMAC的中性浮力实验体解耦控制研究

针对中性浮力实验体控制问题,提出一种动态解耦多通道复合控制算法。通过实验体受力分析,建立了其六自由度运动模型。设计了一种动态解耦神经网络,其优点在于能适应动态变化的耦合程度。采用CMAC(Cerebellar Model Articulation Controller)和PID复合控制进行单通道控制,其优点在于结合了CMAC前馈控制的快速响应性能和PID反馈控制的强抗干扰性。经MATLAB仿真验证,提出的算法能有效控制实验体位置和姿态。调整时间短且稳态精度高,效果优于PID控制。

航天器中性浮力实验体外形设计与仿真

文章对中性浮力地面实验系统中实验体的外形进行了设计。首先利用Fluent软件求解计算出几种可供选择的实验体外形在各种工况下的水动力系数,同时通过力矩系数给出几种外形的静稳定性;然后在对水阻力系数和静稳定性进行分析和对比的基础上,选择了正方体作为实验体的外形;最后对正方体实验体进行动力学建模及仿真分析,结果表明此外形实验体的水阻力可以被克服。由此说明从阻力能够被克服和具有良好的静稳定性的角度考虑,此外形可以作为较好的实验体外形选择。研究结果可为相关方面的进一步研究和设计提供依据。

中性浮力地面实验模拟航天器空间运动研究

中性浮力可以提供仿真空间运动所需的六自由度微重力环境,是验证航天技术重要的地面实验技术。选取空间多脉冲临近机动作为地面模拟任务,基于相似性原理对所选空间任务进行设计规划,对中性浮力地面实验仿真空间运动进行了研究。中性浮力实验中,液体环境下的流体阻力是影响地面实验精度的首要因素。结合数值计算和软件仿真,分析估算了中性浮力实验中的流体阻力。针对实验系统流体阻力的补偿问题,设计了采用PID的阻力补偿控制方案,使设计的控制器既有PID控制的过程实现性,又有模糊控制的智能自适应性。利用MATLAB软件搭建了仿真系统模型,对中性浮力实验体运动进行闭环仿真,结果表明补偿控制满足控制精度要求,为中性浮力地面实验具有重要的参考价值。

航天器中性浮力变质心实验体六自由度动力学建模研究

实验体的动力学建模研究是航天器地面中性浮力实验的关键技术。针对实现实验体精确配平,解决水动力建模中的粘性力和惯性力不便分割等问题,采用矩阵运算形式代替矢量叉乘形式,通过应用忽略一些不易分割的次要粘性水动力项的方法,最终将实验体的质心变量和发动机推力作为控制量,建立了实验体动力学状态方程,为地面中性浮力实验环境中航天器六自由度运动控制与仿真提供了重要的理论基础。

空间飞行器中性浮力实验体结构设计

中性浮力地面实验系统的实验体设计问题是有效实现空间飞行器研制阶段地面演示验证实验的关键技术之一。根据实验系统的任务需求,对实验体结构系统进行了设计。首先根据阿基米德原理对浮心和重心相对位置进行设计;然后通过对质量特性进行计算,给出了实验体结构的最终设计方案;并进行了物理仿真实验,实验结果证明了设计方案的合理性和可行性。

中性浮力微重力环境模拟技术

我国载人试验飞船发射成功后,对载人航天用的大型中性浮力模拟器的需求越来越迫切。文章通过对国外中性浮力模拟试验和设备情况的介绍,归纳出该类设备主要的5类应用,并提出对我国大型中性浮力模拟器设备的总体设想。

泊肃叶流下中性浮力颗粒横向迁移的研究进展

对泊肃叶流下中性浮力颗粒横向迁移相关实验和数值模拟研究进行归纳和评述,发现目前对颗粒横向迁移行为的认识仍存在争议,对横向迁移内在机理研究还不够深入。鉴于直接力/虚拟区域数值模拟方法在液固两相流精准模拟中的优势,采用该方法对圆管内泊肃叶流下单个颗粒的横向迁移进行模拟再现;据此指出在今后的研究中应基于直接力/虚拟区域方法开展研究,以全面识别颗粒横向迁移的动力学行为,并揭示其内在机理。

用RAFOS中性浮力漂流物追踪事件热液柱的演化

除了热液连续放喷产生的稳态热柱之外，海底热液系统也产生了较大热柱，这些热柱存在于水柱的较高处，估计可能是由热水灾变释放引起的。这些事件热液柱中的首例是１９８６年在胡安·德富卡海岭（ＪｄＦＲ）南部观测到的，它是一个直径大约２０ｋｍ，厚６００ｍ，集中在海...