某大型集装箱船舵机舵承体装置在浮态下的修复方案

文章以某大型集装箱船的全悬挂贝克舵为例,针对其在航行过程中出现舵机舵承体装置底座螺栓断裂、返松、移动的问题,进行了现场勘验和分析,提出了浮态下固定舵叶、拆松带键干式舵柄及拆卸舵杆等修理方案,并对原舵承体基座孔就地镗正、舵机舵承体装置镶套修复、舵柄内孔新增液压膨胀油槽等,使得修后的舵机运转平稳,故障隐患问题得以彻底消除。

舵系的直接计算法

本文给出了按船级社规定的模型计算舵和舵杆中的弯矩和剪力的公式。舵和舵杆被视为阶梯式变断面梁 ,且尾框底骨或挂舵臂处的支点被视为弹性支座。

X舵与十字舵水下航行体水动力系数的对比

为了满足工程上水下航行体X舵水动力构型快速设计需求,需掌握X舵的操纵水动力特性,并建立适用于X舵水下航行体的水动力系数预报方法。本文采用数值模拟的方法,对比研究十字舵和X舵水下航行体的水动力系数和压力分布特性。结果表明,设计参数相同的情况下,有围壳、无围壳2种模型下X舵的动稳定性系数均低于十字舵,围壳对上方向舵和X舵的压力分布影响均在舵板前缘区域,约为舵板弦长的20%,且围壳对十字舵水动力系数和压力分布的影响均大于X舵。在此基础上,通过不同展长方案下十字舵和X舵水下航行体的线性水动力系数数值研究,得到X舵与十字舵水下航行体水动力系数之间的比例系数,从而提出基于十字舵水动力系数和X舵与十字舵水动力系数的比例特性实现X舵水动力系数快速预报的工程方法。

襟翼舵卡舵故障技术分析

由于舵效好,襟翼舵被公务船广泛使用。公务船因工作性质特殊、靠泊时间多,停靠期间船载设备的日常检视和维护对船舶安全至关重要。分析靠泊期间由于保养缺失造成的舵失效实例,通过改进襟翼舵传动机构的连接形式提高安全性,并提示管理者按要求定期开展检视保养,以提高设备安全运行时间,降低故障率。

船舶舵机遥控系统中的薄弱环节分析

介绍长江上海段船舶舵机遥控系统故障引发的事故险情案例,研究引发事故险情的根本原因,分析该系统中以随动舵电位计、报警系统为首的薄弱环节,结合船舶安检、事故调查和航运公司调研经验,梳理船舶舵机遥控系统主流布置类型,以及在故障发生期间的具体应对方式,针对事故案例和经验教训,向船员、航运公司、船检机构和主管机关提供参考建议。

共翼型舵水动力特性的模型试验与数值模拟

国际上新型潜艇的尾操纵面设计,采用了将前部稳定翼和后部转动舵组合成完整翼型剖面的共翼型布局方式。为了研究这种共翼型舵与常规舵在水动力性能上的差异,运用模型试验和数值计算模拟方法,对共翼型舵和常规非共翼型舵的水动力和流场进行了对比研究与分析。结果表明:共翼型舵在小舵角工况时能够保持舵翼结合部流线的光顺,舵角5°时共翼型舵总升力比非共翼型舵总升力增加了65.3%;但在大舵角工况,共翼型舵叶背容易发生流动分离形成分离涡,导致升力性能变差,舵角25°时共翼型舵总升力比非共翼型舵总升力减小了9.2%。在小舵角时,共翼型舵尾流区的流场湍动能较低,流动稳定性更好。

变形翼舵技术在导弹领域的应用需求及技术发展路线

采用变形翼舵技术可解决导弹对发射平台尺寸强约束问题,改善导弹升阻比及弹道末段机动性能,实现飞行全程气动外形最优,适应多任务作战需求。对国内外变形翼舵技术发展进行了概述,介绍了变形翼舵方案组成,分析了导弹对变形翼舵技术的需求,提出了单次阶跃变形、往复伸缩变形、柔性连续变形三阶段技术发展路线以及各阶段的关键技术,为变形翼舵技术在导弹武器领域的深入研究及应用提供了参考。

超空泡航行体尾舵展开过程水动力载荷数值研究

超空泡航行体全沾湿航行阶段尾舵展开过程的流体动力载荷对于航行体稳定性分析以及尾舵机性能设计具有重要影响。建立了基于重叠网格技术和网格域间相对运动思想的尾舵展开过程数值计算方法;结合超空泡航行体设计需求,研究了尾舵不同展开速率、不同攻角状态展开以及尾舵展开前后的水动力载荷变化规律;通过对尾舵附近速度矢量场、压力场以及尾舵表面压力系数分析,揭示了尾舵不同状态的流体动力载荷变化原因。研究成果对超空泡航行体尾舵展开过程流场特性研究具有重要参考价值,同时为尾舵机性能设计提供了重要设计依据。

空气舵抖振载荷地面模拟试验技术研究

固体火箭的空气舵在挂机飞行中受到抖振载荷作用,出现了异常偏转现象,需要通过地面试验排查原因,并开展抖振载荷适应性考核。由于传统的试验方法未能复现故障,本文提出了一种新的抖振载荷地面模拟试验新技术,通过挂机飞行舵面实测数据计算舵面抖振载荷,并基于优化算法完成地面模拟试验条件制定,通过多激振器联合激励方法来完成抖振载荷加载。该试验技术在地面试验中成功实现了产品故障复现,大幅提高试验考核的真实性,该研究结果可以推广应用到其它舵产品气动载荷地面考核中。

舵类结构件几何量误差视觉检测方法及误差评定

针对现有接触式测量方法装夹定位后只能测量一种或两种参数、检测效率低等问题,提出一种舵类结构件几何量误差和装配误差视觉检测方法。首先,利用计算机视觉系统获取舵轴和舵面区域图像,利用图像预处理技术去除图像畸变和噪声,为了更有效地提取舵类结构件边缘,分别采用Sobel算子、Scharr算子、Laplace算子和Canny算子对图像进行边缘检测以确定轮廓,实验对比发现Scharr算子处理后的舵轴图像边缘更清晰且无间断,Canny算子处理后的摇臂图像边缘比较清晰,因此选用Scharr算子提取舵轴图像边缘、Canny算子提取摇臂图像边缘。结合被测要素特点,采用霍夫直线和霍夫圆检测方法提取舵面边缘线特征、舵轴母线特征、摇臂圆轮廓特征;确定了舵芯对称度、舵轴垂直度、摇臂夹角的基准要素,构建了几何量误差检测目标函数,运用自适应遗传算法计算最优解;结合相机标定的内外参矩阵,得到舵芯对称度、舵轴垂直度、摇臂夹角的测量值。最后,研发了舵类结构件几何量误差和装配误差视觉检测软件,搭建了视觉检测实验平台,实现了几何量误差及装配角度误差快速检测功能。经过多次重复测量实验,对称度检测精度达到0.055 mm,垂直度检测精度达到0.225 mm,装配角度检测精度达到0.772°,完成单次检测耗时7 s。该方法不仅提高了几何量误差检测精度和检测效率,同时有助于提高舵类结构件成型-制造-在机检测的自动化和智能化水平。

无人机舵面故障高阶滑模重构观测器设计及主动容错控制

针对无人机舵面损伤故障容错问题,提出了基于二阶非奇异终端滑模重构观测器及主动容错设计方法。在分析舵面正常偏转运动学和动力学特性基础上,构建了无人机典型舵面故障非线性特性模型。提出无人机舵面故障的高阶滑模重构滑模观测器设计方案;引入线性变换降维简化观测器设计程式;将终端滑模和非奇异终端滑模结合起来,实现滑模运动有限时间快速收敛;综合自适应律、线性矩阵不等式设计观测器系数矩阵,确保状态估计偏差有界稳定。提出集状态与故障重构于一体的主动容错控制方案,并通过仿真算例检验所提方案的有效性。

典型服役热环境下舵面结构动力学特性试验技术

高超声速飞行器高速飞行过程会遭受严重的气动力叠加热载荷的复杂载荷联合作用,尤其是舵面结构,其在复杂载荷下的结构动力学特性是影响装备服役安全及可靠飞行的关键因素,通过试验进行验证和评估是一种有效的研究手段。舵面结构典型服役工况下表面温度高,迎风面与背风面气动热温差往往达到数百摄氏度,需要在试验中进行精确模拟。以C/SiC舵面结构为研究对象,设计并搭建了瞬态热环境下结构动力学特性试验系统,构建了一种加载温度高、迎风面与背风面温差大的典型服役热载荷环境,开展了舵面结构在该环境下的动力学特性试验研究,获取了结构的动力学特性变化规律。研究成果为典型服役热环境对现代高超声速飞行器舵面结构的动力学特性影响研究提供了重要验证手段。

新型平衡舵阴极保护设计与保护效果评价

目的 针对新型平衡舵结构的电偶腐蚀薄弱区域,设计并优化牺牲阳极保护系统,并对保护效果进行评价。方法 基于边界元法,开展新型平衡舵电偶腐蚀仿真研究,分析电偶腐蚀薄弱区域。针对腐蚀薄弱区域,采用经验法设计牺牲阳极保护系统,开展服役初期和服役3 a后阴极保护效果仿真。从涂层破损率和阳极数量对阴极保护效果的影响出发,优化阴极保护系统。开展物理模型试验,对优化后阴极保护系统的保护效果进行评价。结果 电偶腐蚀主要发生在壳体和底座等支撑材料处,必须采取严格的防腐措施。采用经验法设计的牺牲阳极保护系统在服役初期可以使平衡舵保护电位均负于–800m V,处于良好的阴极保护状态。随着阳极的消耗,服役3 a后,阴极保护系统无法为平衡舵提供有效保护。涂层破损率的增加和阳极数量的减少,都会使平衡舵阴极保护电位正移。通过物理模型试验验证了优化后阴极保护模型的可靠性,对比试验结果,模型的预测误差在5%以内。结论 优化后的阴极保护方案为涂层+8块牺牲阳极,可以在服役3 a涂层破损率达20%的严苛工况下,为平衡舵提供有效阴极保护。优化后的阴极保护系统,铝阳极用量减少30%,有助于节省船舶动力。

一种16位电流舵DAC的高精度前台校准方法

基于28 nm CMOS工艺,采用一种高精度的前台校准技术设计了一款16 bit电流舵数模转换器(Digitalto-analog converter,DAC)电路。该前台校准算法对16 bit数据对应的所有电流源进行校准,并且使用的电流源只有两种大小,降低校准难度的同时也提升了校准的精度。该校准电路引入了两种校准补充电流,分别用于温度和输出电流变化引起电流源失配的补偿,进一步减小了DAC电流源的失配,有效提高了DAC的整体性能。采用校准后,在-40~85℃温度范围内,微分非线性≤0.8 LSB,积分非线性≤2.0 LSB,200 MHz输出信号下无杂散动态范围≥75.3 dB。该校准方法提高了DAC的温度稳定性。

平板/空气舵舵轴防热环流动及气动加热环境数值模拟

受空气舵当地攻角影响,在高超声速飞行过程中全动空气舵舵轴防热环位置会形成复杂的分离和再附流动,并伴随有严酷的气动加热载荷,是空气舵热防护设计的薄弱环节。以平板/空气舵舵轴防热环为研究对象,采用数值计算方法研究不同舵偏角、防热环环形缝隙几何参数对气动加热环境及流动的影响规律。数值计算基于非结构混合网格有限体积方法。计算结果及分析表明,舵偏角对防热环热流分布影响最大。有舵偏角的情况下防热环斜边倒角处会产生一道再附气流并形成高热流区,高热流区面积和热流峰值与舵偏角成正比。当舵偏角等于0°时,环形缝隙Z=0 mm剖面处气流从环形缝隙底部向上流入舵面底部缝隙;当舵偏角大于0°时,舵面底部缝隙内的来流会在防热环斜边倒角前方形成旋涡,同时平板表面的气流向下进入环形缝隙并在缝隙深度方向形成旋涡。固定舵偏角和环形缝隙宽度,改变缝隙深度主要对斜边倒角和环形缝隙迎风面热流分布有影响。随着缝隙深度的增加,环形缝隙Z=0 mm剖面处的流动结构从2个旋涡发展为3个旋涡。固定舵偏角和环形缝隙深度,改变缝隙宽度主要对环形缝隙迎风面热流分布有影响。随着缝隙宽度的增加,环形缝隙Z=0 mm剖面处的旋涡流动发展得更加充分,深度方向流动结构由3个旋涡发展成2个主旋涡和底部2个小旋涡结构。

一种新型后舵尾控修正弹的弹道控制仿真

为增强修正弹控制舵的快速响应能力和弹道修正效果,且理论上减弱舵片在高旋状态下对弹体的气动扰流影响,设计一种控制舵置于质心后部、与弹尾部高度配合的新型二维修正弹。建立弹体模型,设计以优化后的新式制导方案和比例微积分控制法为主体的组合控制策略,分析无控和有控状态下关键变量参数的变化规律,对基于参数最优值下的弹道修正过程进行仿真计算;采用蒙特卡洛打靶法分析扰动状态下的落点散布情况。仿真结果表明:此控制策略下后舵尾控弹的实际滚转角吻合于输入指令,整个过程速度高低角和方向角的变化范围仅为2°和7°,基于最优值的控制修正过程和扰动状态下的最终落点情况也保证了弹体进行平稳运动的同时具备更优的偏差修正能力,进一步证实了设计的新型弹体模型具有较高的可行性和参考价值。

推力矢量发动机燃气舵舵间干扰的数值分析

通过求解N-S方程,对某空空导弹燃气舵在不同状况下的三维湍流干扰流场进行数值仿真,得到了燃气舵在不同舵偏角下绕流流场的复杂波系结构,计算了测量舵在无干扰舵和有干扰舵情况下升力和阻力等参量随舵偏角的变化曲线。所得舵间干扰相对误差不超过2%,与实际要求相吻合。结果表明,所采用的流动模型和数值模拟方法对燃气舵的气动性能进行预示是有效的。

舵装置的管理

此文主要论述现有海船舵机与舵的管理。

智能式航迹自动舵的海上试验研究

简述了一类航还自动航的系统设计及仿真调试，重点介绍了实船试验情况，并通过海试比较了增益规划式PID、喜捧控制及神经网络控制等不同算法的性能。试验结果表明航迹自动舵在不同海况下长时间工作稳定可靠，航还控制性能良好。

一种典型数字无刷电动舵机的设计

为满足新型空空导弹高机动性、快速性的要求,基于DSP设计了一种典型数字无刷电动舵机系统.首先分析了数字无刷电动舵机的组成与功能,并从传动机构、反馈装置、控制电路、舵面锁制器、控制算法、控制软件和舵机自检等各主要组成部分,对舵机系统的性能参数设计进行了分析和阐述.实验结果表明,数字无刷电动舵机系统最大负载扭矩为75 N.m,空载角速度为600°/s,满载角速度为200°/s,动态相移为28°(1°,20 Hz).该系统在提高控制精度的同时,较传统模拟电动舵机具有深度自检功能,实现了全弹的数字化.经适应性优化,可完成更复杂控制算法如变结构控制,模糊控制的设计实现.