大跨斜拉桥双层桁架主梁施工状态的阻力系数

针对规范中对大跨径桁架桥的双层主梁阻力系数在取值上的局限,提出一种主梁阻力系数计算方法,以施工阶段节段模型的风洞试验结果为基础,对双层桁架主梁进行模型简化后,使用CFD计算得出其三分力系数.采用不同迎风面特征尺寸,桁架片数以及桁架间距,分析了迎风面特征尺寸对主梁的阻力系数的影响.讨论了桁架间距以及片数不同对主梁的阻力系数的影响趋势.结果表明:迎风面特征高度与特征宽度对主梁阻力系数影响的变化规律并不相同,对此提出以桁架纵高比为变量的双层桁架桥梁主梁的阻力系数拟合公式;当桁架间距较小时,桁架片数对主梁阻力系数无影响,但当桁架间距与桁架高度比值达到3时,桁架片数的变化会对主梁的阻力系数产生较大的影响.

考虑温度因素对带有柔性结构的静压气体轴承稳定性影响研究

为了研究静压气体轴承在工作状态下,温度对带有柔性结构的静压气体轴承柔性结构挠度变形量、流场流态及稳定性的影响规律,本文建立了带有柔性结构的静压气体止推轴承三维(3D)模型。首先,采用流-固-热多物理场耦合的计算方法,分析了工作状态下温度变化对静压气体轴承柔性结构挠度变形量、气膜流场流态及气膜稳定性的影响。然后,通过设计静压气体轴承试验台,对轴承受到载荷冲击时的振动情况进行测试,将测试结果与仿真分析结果对比,验证了仿真计算的可靠性。计算结果表明,环形柔性薄板在节流孔处的挠度变形量随温度升高而增大,当气膜间隙h=12μm的情况下,工作温度T=100℃相较于工作温度T=-20℃的挠度变形量提升了43%;其他条件相同下,随着温度的升高,气膜内气旋的范围逐渐减小;工作温度越高,受到载荷后轴承振动幅度越小。实验测试结果表明,随着工作温度的升高,轴承稳定性越高,与仿真分析结果基本一致。该研究为此类轴承在超精密领域的应用提供了理论参考。

基于不同加工工艺的微孔节流空气静压轴承的特性研究

随着超精密加工技术和地面微低重力仿真的发展,相关产业对空气静压轴承的性能要求越来越高。由于传统的孔式节流器其结构特点不能完全满足实际使用的需要,节流孔直径与气膜间隙同一数量级的微孔节流空气静压轴承因其良好的刚度和承载特性,越来越受到关注。但在微孔节流器的发展过程中,微孔的加工工艺却限制了其推广应用。针对目前常用的三类微孔加工工艺,进行了理论仿真研究,通过建立不同加工工艺轴承仿真模型,运用双向流固耦合仿真方法,对比分析了基于不同加工工艺的微孔节流空气静压轴承的动静态特性。研究结果表明:锥孔类轴承承载性能优于其他两类,但耗气量大且在小间隙时刚度较差;薄壁直孔类轴承承载性能稍逊,但在大间隙下轴承刚度较佳;嵌套类轴承承载性能较差,但在小间隙下轴承刚度较大且耗气量较低。

基于MEA-BP神经网络的多孔质轴承参数优化

为了提高圆盘类多孔质静压止推轴承的静态特性,采用思维进化算法(MEA)优化反向传播(BP)神经网络,创建圆盘类多孔质静压止推轴承静态特性的预测模型,完成轴承静态承载力、静刚度以及耗气量的高精度预测,其预测误差分别低于2%、5%以及5%。基于此模型,以最大化静态承载力和静刚度、最小化耗气量为优化目标值,采用遗传算法对轴承的多孔质参数组合进行多目标优化,实现轴承参数的快速优化设计。优化结果表明:此轴承静态承载力提高了64.53%,静刚度提高了31.93%,耗气量降低了56.52%。

基于浮空器照射源的双基弧形阵列SAR辅助降落模式成像算法

较之传统的单基线性阵列SAR,以浮空器为照射源平台的双基弧形阵列合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一种全新高效、高分辨率的雷达成像系统;该成像模式继承了弧形阵列天线和浮空器的优点,在直升机辅助降落、应急救灾等领域具有重要的应用前景。在该成像模式中,由于浮空器平台平向移动、直升机平台向下运动以及弧形阵列天线特殊的圆弧型构造的影响,目标的回波信号很难直接处理,给成像带来了困难。针对这些问题,根据浮空器照射源双基弧形阵列SAR模式的成像几何模型以及回波特征,本文提出了一种基于两步运动补偿和Keystone变换的方法。其中第一步利用Taylor级数展开对双平台复杂斜距方程进行近似处理,对该成像模式下的距离分辨率和方位分辨率进行了简单分析,第二步根据浮空器平向运动产生的斜距误差,构造相应的运动补偿因子对浮空器平移引起的距离徙动项进行相位补偿;第三步根据直升机平台向下运动产生的斜距误差,构造相应的补偿因子对直升机下降引起的距离徙动项进行补偿;之后为了校正距离向与方位向之间耦合,根据Keystone变换思想引入新的角度变量对方位角进行变换从而补偿掉距离频率及方位向角度的耦合,接着在方位频域内进行方位向脉冲压缩。最后通过对不同点阵目标成像补偿前后的仿真结果对比分析、点阵目标成像性能指标分析以及场景分布目标的模拟验证了成像结果的准确性以及成像方法的有效性。

环形多孔气体静压止推轴承静态性能研究

为提升气体静压止推轴承的静态性能,设计一种新型环形多孔气体静压止推轴承。依据气体润滑原理、采用有限体积法对环形多孔气体静压止推轴承的三维物理模型进行数值模拟,研究节流器上节流孔数量、直径、分布方式和供气压力对气体静压止推轴承静态性能的影响。结果表明:节流孔数量对环形气体静压止推轴承的承载力影响显著,但孔数增加到一定程度后承载力增速放缓;节流孔直径对承载刚度影响较大,随着节流孔直径逐渐减小最佳刚度逐渐增大;节流孔排布方式和供气压力对气体静压止推轴承的静态性能均有明显影响。

基于气体静压运动平台的自抗扰控制仿真分析与实验研究

为了进一步提高气体静压运动平台的稳定性以及抗干扰性能,针对气体静压运动平台自身存在的扰动对其控制算法进行研究。文章提出了一种PD控制与线性扩张状态观测器相结合的自抗扰控制算法,在Matlab/Simulink中搭建了控制模型进行仿真分析,并搭建平台进行实验验证。利用该算法解决了传统PID控制算法在气体静压运动平台存在的扰动问题。结果表明:相比于传统PID控制算法,自抗扰控制算法能够有效减小跟踪误差,降低超调,并且提高了气体静压运动平台的抗干扰性能。

基于深度强化学习的风场中浮空器驻留控制

建立了平流层浮空器区域驻留模型,在有动力和无动力推进的情况下,基于马尔可夫决策过程,将具有优先经验回放的双深度Q学习应用于平流层浮空器区域驻留控制。通过平均区域驻留半径、区域驻留有效时间比等参数来评价区域驻留控制方法的效果。典型风场中仿真分析结果指出:在区域驻留半径为50 km、区域驻留时间为3天的任务下,无动力推进的平流层浮空器的平均区域驻留半径为28.16 km,区域驻留有效时间比为83%;有动力推进平流层浮空器的平均区域驻留半径可达8.84 km,可实现区域驻留半径为20 km的飞行控制,区域驻留有效时间比为100%。

某充气气囊天线设计

柔性天线与浮空器本体共形,可实现大型雷达天线的轻量化设计,是充分利用浮空器平台获取大视距探测优势的技术基础。文中研制了一套充气气囊天线,根据任务需求与生产加工能力,合理进行布局设计;通过仿真分析与样件试制,合理选材并确定囊体工作压差。经多次试制迭代后,固化成型方案并完成样机研制。为评价样机指标符合性,采用结构及电性能两个维度对样机进行考核。结构方面,样机外观、尺寸、反射面变形、天线垂直度、保型时长等均满足需求;电性能方面,采用无源驻波指标判定辐射单元性能,通过分析发射方向图、接收方向图数据,测定样机满足了天线增益、副瓣电平和波束宽度等指标。

对数律和指数律风剖面的差异分析及其对桥梁抗风性能评价的影响

现有的公路桥梁抗风设计采用指数律风速剖面来计算各个基准高度的平均风速,然而气象学实践和一些国家规范中早已采用对数律风速剖面,两种风速剖面在不同高度处的平均风速差异及其对桥梁抗风的影响应当值得关注。对比了不同地表粗糙类型下对数律模型和指数律模型在不同高度处的风速差异,并采用ANSYS有限元软件计算了实桥在风荷载下的位移和桥塔弯矩差异。结果表明,在地表粗糙度较大和离地高度较大时,对数律和指数律模型的风速差异较为明显,风荷载的差异对桥梁内力和位移造成的影响不可忽略。有必要进一步研究这两种风速剖面模型在高空处的准确性,以更好地指导桥梁的抗风设计。

向心透平发电膨胀机静压气体轴承设计与承载特性分析

为提升有机朗肯循环(organic Rankine cycle,ORC)系统向心透平发电膨胀机静压气体轴承的承载力与刚度,采用表压比法设计了以R245fa为润滑工质的静压气体轴承,分析转子偏心率、供气孔尺寸、进气压力对静压气体轴承承载力与刚度的影响。实验结果表明:在相同供气压力下,轴承承载力与刚度随着转速的增大而增大;在相同转速下,0.7 MPa供气压力相对于其他气体供气压力轴承的承载力与刚度略高;静压气体轴承的偏心率越大承载力越大;相同供气孔直径下,静压气体轴承的承载力与刚度随着转速的升高而升高;随供气孔直径增大,静压气体轴承的承载力和刚度也随之增大。

浮空器囊体材料用焊接胶对热合焊接工艺适应性分析

本文结合浮空器囊体加工过程中的工艺要求,围绕提高囊体材料热合焊接强度、热合焊接效率和热合焊接工艺可实现性等要求,基于开发的双组份囊体材料用焊接胶,从热合焊接参数的边界条件、焊接胶稳定性及适用期、热封层开放时间、施胶的胶量范围四个方面,对热合焊接工艺窗口进行分析,确认该型焊接胶对囊体材料加工工艺适应性,为其在工程应用提供工艺参考。

基于磁流体轴承的大载荷磁流体二维导轨平台研究

在现有的精密机床中,空气静压导轨平台存在阻尼突变、载荷不高的问题,基于磁流体轴承,提出了一种大载荷磁流体二维导轨平台。首先,对基于磁流体的导轨平台关键问题进行了研究,包括空气损耗问题和磁流体尾迹问题;然后,采用磁流体压力轴承设计了一个双U形导轨平台结构,并将顶部、底部和侧部轴承垫紧密地放置在一起,从而在动子上形成了一个储液层;采用上下磁化配置的导轨平台具有6个轴承垫,每个轴承垫由多个小型磁体组成;其次,对载荷能力、刚度和涡流阻尼进行了数值模拟;最后,选用了煤油基磁液、铝材和铁素体不锈钢制备了一台平台样机,进行了平台的性能测试,对该导轨平台的有效性进行了验证。研究结果表明:该平台的平面度为±7μm,具有较高的可重复性,明显优于现有基于磁流体轴承的精密运动系统;在相同行程和尺寸条件下,与气动平台相比,该平台的最大有效载荷为140 N,提高了40%;阻尼在2 N·s/m至4 N·s/m之间相对恒定,且可预测,解决了气动平台的阻尼突变问题,有利于实现导轨平台高精度定位的目的。

基于应变数据和改进MHA模型的囊体缺陷检测

针对浮空器囊体表面缺陷难以检测等问题,提出一种基于应变时序数据和改进多头注意力(multi-head attention,简称MHA)模型的囊体缺陷检测方法,该方法通过对囊体声波激励后的应变时序数据进行端到端特征提取与检测,实现浮空器囊体缺陷检测。首先,在声波激励下,通过粘贴在囊体表面的应变片收集同位置无裂纹和有裂纹时的应变时序数据;其次,将收集的应变时序数据按照一定的长度划分样本,每个样本划分为多个时序向量的组合并输入到改进MHA模型中,提取隐藏于时序数据中的缺陷特征;然后,网络输出各个时序样本相应的缺陷识别结果;最后,在收集到的囊体应变数据上将该方法与其他4种传统模型的检测结果进行对比。结果表明,该方法平均检测准确率为97.7%,优于其他4种模型,验证了该方法的有效性。

放射状楔形槽气浮支承静态性能分析

为提升小孔节流气浮支承的静态性能,设计一种放射状楔形槽气浮支承,该楔形槽呈放射状,其周向截面、径向截面和轴向截面分别为扇形、矩形和梯形。建立放射状楔形槽气浮支承的CFD模型,分析楔形槽结构参数对气浮支承静态性能的影响规律。结果表明:采用放射状楔形槽能够改善气浮支承的气膜压力分布,并提升其承载力和刚度;气浮支承承载力随楔形槽放射角度、入口高度和楔形角的增加逐渐增大,随楔形槽半径增加先升高后降低;气浮支承刚度随楔形槽放射半径、角度、入口高度和楔形角的增加逐渐提高。实验结果与预测结果吻合较好,验证了模型的可行性和准确性。

浮空器副气囊研究及其体积评估方法

浮空器副气囊体积动态变化攸关浮空器的安全,对其准确建模及实时客观评估一直是浮空器设计的难点。然而通过观察窗查看体积刻度线来粗略估算副气囊体积及采用单激光测距仪进行测量都存在评估不准的问题。针对上述难点和问题,对浮空器副气囊的体积确定进行建模分析研究,提出一种采用双高精度相位激光测距仪测量副气囊丰满度并使用最小二乘法对副气囊体积进行评估的方法。该方法根据实时准确的丰满度数据,建立了副气囊体积与丰满度之间的关系式,实现对副气囊体积实时动态评估。试验与数据分析表明该方法能够较准确地对副气囊体积进行动态评估,验证了理论模型和通过丰满度测量评估体积的合理性,在浮空器工程设计中提供了一种可供参考的设计思路,具有一定的工程指导作用。

基于Workbench的高压圆盘气体轴承共轭传热研究

高压圆盘气体轴承流道间隙内高速气流的对流换热与轴承圆盘内部热传导紧密耦合在一起,是一个典型的共轭传热问题。基于ANSYS Workbench工作平台的Fluid Flow(Fluent)模块对高压圆盘气体轴承进行共轭传热数值模拟,获得轴承流道间隙内的速度和压力分布、流体域与固体域的温度分布以及共轭传热时流固耦合壁面的热流密度分布,并将其与非共轭传热恒温壁面条件下的计算结果进行对比,得到高压圆盘气体轴承共轭传热的一些基本特性。结果表明:2种情况下的计算结果存在较大差异,非共轭传热恒温壁面条件下,间隙内的气体只吸热,流体域耦合壁面上的热流密度均为正值;而共轭传热条件下流体域耦合壁面热流密度存在正负值,间隙内气体的吸热和放热同时存在,显示出轴承圆盘的热传导与间隙内气体的对流换热具有复杂的共轭作用机制;相比之下,采用共轭传热模型可以得到更为符合实际的结果。研究结果为该类轴承的设计和制造提供了有益的指导。

粘-惯性耦合节流静压气浮轴承微振动特性研究

小孔节流气浮轴承因结构简单、刚度较高等优点在超精密加工中获得了广泛的应用。然而由于小孔节流气浮轴承存在微振动,限制了超精密加工表面粗糙度的进一步提升。为了抑制小孔节流气浮轴微振动,文章提出了一种新型粘-惯性耦合节流气浮轴承,通过数值模拟的方法研究了新型节流器的结构参数对气浮轴承微振动特性的影响,在此基础上开发了试验平台对新型气浮轴承振动特性进行测试。研究结果表明,粘-惯性耦合节流气浮轴承均压腔内压力波动低于小孔节流,可以减小气浮轴承微振动;同时,增大渗透率和节流孔直径、降低均压腔高度均能减小粘惯性耦合节流气浮轴承微振动。

基于FLUENT的静压气体轴承节流孔系数研究

在通过求雷诺方程来研究静压气体轴承的特性时,通常假设节流孔系数为常数0.8,这可能会影响雷诺方程求解的精度。结合FLUENT软件和雷诺方程提出一种静压气体轴承节流孔系数的求解方法,该方法通过对比FLUENT和雷诺方程计算得到的质量流量求解节流孔系数;分析气膜厚度、供气压力、节流孔直径等参数对节流孔系数的影响。结果表明:节流孔系数随着膜厚的增加先增大后减少,随着供气压力的增大而减少,随着节流孔直径的增大而增大,但节流孔系数对轴承半径和节流孔长度的变化并不敏感。采用该节流孔系数求解雷诺方程得到的轴承承载力,与FLUENT计算得到的承载力结果基本一致,验证了该方法的正确性与可行性。

加工误差对静压气浮主轴静动态性能的影响

为了改善静压气浮主轴静动态性能,研究了非均匀分布变节流孔直径静压气浮主轴结构。基于有限差分和线性小扰动法分析节流孔直径和分布不均匀性对主轴承载能力的影响,研究了轴套存在周向或轴向加工误差(正弦波纹、矩形波纹和三角波纹)对主轴静动态性能的影响。结果表明:节流孔直径系数为0.9~0.95时,承载能力提升最明显;周向或轴向加工误差有助于提高主轴承载能力;矩形和三角形波纹提高新型主轴承载能力更显著;轴向矩形波纹、三角波纹更有助于提高主轴稳定性;随着加工误差幅值增大,主轴稳定性降低。