Simulation and test of an agricultural unmanned airboat maneuverability model

The objective of this research was to determine the Nomoto model maneuverability indices of an agricultural unmanned airboat which was developed to perform autonomous weeding and paddy growth monitoring in a paddy field.A global positioning system compass and an inertial measurement unit were attached on the airboat body to record the position,heading and angular rate.The zig-zag experiments were adopted to obtain the maneuverability indices.The Matlab-based maneuvering simulations were conducted and compared with field experimental data of circular motion test and sinusoidal running test,respectively.The results showed that the trace error was at sub-meter level,which expounds the validity of the obtained maneuvering indices.The proposed Nomoto model maneuverability indices can be used to improve the airboat precise automatic control in paddy field.

基于Savitsky法的平底滑行艇阻力估算影响因素研究

采用滑行艇阻力估算Savitsky法,对平底滑行艇进行航态计算、阻力估算及航速预测,并与试验结果对比,验证阻力估算方法在总体设计阶段的适用性。通过改变艇体重心位置与长宽比,计算相同推力及排水量下的阻力曲线,研究各因素对阻力估算的影响。

空气动力艇的国内外生产与应用现状

空气动力艇(airboat)作为在水面或湿地区域运行的一种载运工具,在欧美的许多国家无论其设计、制造和应用都有着广泛的基础,特别是在湿地勘察、环保作业和旅游观光等方面。重点介绍空气动力艇的驱动原理、结构组成和应用领域,并对空气动力艇的国内外生产现状进行分析。尽管空气动力艇产业在国外的生产和应用已经非常成熟,但在我国无论生产和使用都是一片空白。因此,基于我国湿地保护与开发利用等需求,空气动力艇的研发与应用必将形成一个新的产业。

空气动力艇回转式推进装置的动力学特性

依据动力学特性设计一种新型空气动力艇回转式推进装置,通过简化流场模型和分析对称翼形受力计算空气螺旋桨推力和舵板受力,对比传统推进装置和回转式推进装置在不同转向角和螺旋桨转速条件下的动力学特性差异,并引入增值系数K对转向性能进行分析。研究结果表明:小偏转角下传统推进装置的推进和转向性能较好,但大偏转角下回转式推进装置的推进和转向性能要优于传统推进装置,且转速越高转角越大,其性能优势越明显。

遥控飞艇数字航空摄影系统

提出快速获得航空影像并及时制作DOM、DLG的一种手段。介绍遥控飞艇数字摄影系统的工作原理,探讨存在的问题。

太阳能空气动力艇混合储能装置中能量管理系统的设计与仿真研究

船舶电力推进系统在实际运用中具有明显优势,单一能量型储能装置难以有效应对其中分布式发电单元的输出功率间歇性和负载功率变化随机性波动的情况,给电网稳定运行带来了较大挑战。将锂电池和超级电容通过高执行效能的能量管理策略集合成混合储能装置,则能够很好地解决这一问题。论文通过引入对两种储能装置的充放电过程协调控制的逻辑环节,设计形成完善的四级联动式能量管理系统,建立基于MATLAB/Simulink的太阳能空气动力艇电力推进系统和混合储能装置的能量管理系统的仿真模型,分别对混合储能装置的充放电功率响应、内部功率分配、状态参数控制以及辐照强度同步变化的过程进行数据分析。研究结果表明:混合储能装置充放电控制的最大超调量低于30%,对负载波动的最大调节响应时间小于2.5 s,锂电池持续放电输出功率波动小于5%、放电电压变化率在3.5%以内,超级电容器能够实现对负载功率波动高频分量的瞬时响应。

气力推进艇运行中水流场状态及阻力模拟分析

基于湍流模型,利用将精确的大涡模拟(LES)与格子玻尔兹曼方法(LBM)结合的XFlow软件,分析了气力推进艇艇身周围的瞬态流场、阻力特性,并将模拟结果与实际测试进行比对。结果表明:最大水流速度和最大涡度出现于艇体稳定运行后的尾流区域,且艇体前端的水流速度相对较小,流体流动具有连续性。推进艇在不同螺旋桨推力下达到稳定运行状态的速度不同,当螺旋桨推力为600 N时,气力推进艇在稳定运行状态时的速度约为7. 27 m/s;当螺旋桨推力为300 N时,气力推进艇在稳定运行状态时的速度约为5. 16 m/s,运行阻力随速度增加而变大。

气力推进艇航迹跟踪控制建模及仿真分析

在对气力推进艇的运行阻力进行分析的基础上,给出气力推进艇在惯性坐标系x Oy中的受力状态,并建立航迹跟踪的动力学和运动学控制模型。基于控制模型建立应用PID控制器的Simulink仿真模型;结合研究对象的特征选择相应的仿真参数,在多次调试优化的基础上确定PID控制器的设计参数,并对圆形封闭轨迹、直线轨迹和阶跃轨迹的航迹跟踪效果进行仿真分析。结果表明:对于圆形封闭轨迹跟踪,在初始的1/4周期内跟踪误差较大,此后的持续跟踪效果良好;对于直线开放型轨迹跟踪,跟踪误差较小,可控制在1 m以内;对于阶跃轨迹跟踪,过渡过程响应时间为10 s,稳态误差为1 m。

基于Arduino的小型空气动力艇控制系统的设计

为了提高空气动力艇的舒适性和灵活性,设计了一种基于Arduino的控制系统,实现了动力艇速度与转向控制的数字化。系统由Arduino控制器、操纵杆模块、电机驱动模块等组成。通过软硬件设计,阐述了系统的工作原理及硬件选择。本系统具有性价比和精准度高,容易实现,操作简单的特点。

气力推进艇动力系统匹配研究

基于空气动力螺旋桨基本性能参数、发动机外特性曲线、船体设计参数和主要设计性能指标等数据,对气力推进艇动力系统的匹配设计方法进行研究。采用CFD模拟计算方法预估艇体不同运动速度下的运行阻力并确定驱动功率;根据螺旋桨推力计算公式确定艇体运动速度与螺旋桨转速的关系;考虑传动系统效率及螺旋桨推力转换效率计算发动机有效负载功率;分析不同传动比下发动机有效负载转矩是否属于发动机输出最大转矩范围,同时发动机有效负载功率是否接近发动机最大功率点,选择符合上述要求的最优传动比。该匹配设计方法可为气力推进艇设计过程中螺旋桨性能参数选择、发动机型号确定以及动力系统传动比优化等提供参考依据。

平流层通信

平流层通信是一种新型的信息体系,美、日、西欧、韩国先后成立机构开展相关研究,预计3～5年内将有系统投入应用。针对这种情况,文章对平流层通信的特点、目前的研究概况及主要技术进行了介绍,希望能引起各方面的重视。

气力推进艇螺旋桨叶片逆向重构误差分析

以气力推进艇螺旋桨叶片三维扫描重构过程的误差分析为主要研究内容。首先,阐述了逆向工程中模型重构过程的主要误差来源;其次,针对叶片曲面形状复杂的特点,利用Geomagic Control 2017软件对重构曲面和点云模型进行3D误差、2D误差及轮廓偏差(SIL-DEV)的统计结果进行对比分析,用Geomagic Qualify 2012软件对叶片模型进行截面2D扭曲分析。

基于激光传感器的农用空气动力船防撞系统开发

为避免由于全球定位系统信号不稳定或者受到风的影响,空气动力船在水田作业时与水田边缘及行进前方移动障碍物发生碰撞,本文提出了一种基于激光传感器的防撞系统。该系统基于大津法(Otsu算法),将激光束数据分为水岸数据集和田内数据集2类,寻找边界位置点的最优解,进而确定空气动力船到水田边界的距离信息。动态试验结果表明,当空气动力船沿与水田边界相距3 m的方向行进时,均方根误差为0.18 m,可以满足防撞要求。针对船体前方的移动障碍物,设计了一个矩形危险区域,并构建结构体数组,用于记录危险区域中障碍物的数量、障碍物与船间的距离等信息。结果表明,当障碍物进入危险区域后,空气动力船制动,直到障碍物移出危险区域,从而避免碰撞的发生。

气力推进艇螺旋桨静态推力测试及影响因素分析

为对气力推进艇用螺旋桨的选用及动力系统的匹配提供参考,需要了解气力推进艇用螺旋桨推力的影响因素。本文采用静态推力试验与理论分析相结合的方法,在构建气力推进艇螺旋桨静态推力测试系统的基础上,对两种类型的螺旋桨在不同参数条件下进行静态推力测试;分析螺旋桨转速、螺距角度、桨叶数对静态推力的影响。结果表明:安装角越大,螺旋桨推力越大,对应螺距角的推力随转速的增长速度变快;转速越高,推力上升越快;3桨叶推力大于2桨叶推力,但在低转速下差距不明显;在螺旋桨转速,桨叶数与螺距角都相同时,宽厚型螺旋桨推力特性优于窄薄型螺旋桨。

一种新型回转式电力推进空气动力艇的设计分析（英文）

针对湿地旅游、保护和开发的需求,提出了一种采用超级电容和锂电池组复合储能、具有太阳能光伏发电装置辅助供能、以回转式电力推进装置替代传统燃油发动机进行推进的新型空气动力艇的设计方案。分析了其基本结构与原理、关键技术及优势。研究发现:该艇不仅可实现绿色供能,以降低污染排放,而且操纵灵活、机动性强,能更好适应障碍物多、水面情况复杂的湿地环境,具有较高的应用价值和广阔的发展前景。

两栖空气动力艇悬挂系统设计仿真

为了提高两栖空气动力艇在冰雪路面上的通过能力,设计了一种用于两栖空气动力艇的新型独立悬挂系统。在CATIA中建立独立悬挂系统的几何模型,通过CAD/CAE软件的数据接口技术将其导入ADAMS/VIEW环境中进行典型工况条件下的动力学仿真,根据仿真结果对独立悬挂系统进行动力学分析,确定了减震器的阻尼特性以及橡胶衬套的刚度,并验证了该系统中各个构件之间的运动关系。

±500kv蔡白线遥控飞艇放线施工工艺

在许多输电线路工程施工中,受跨越障碍物多、青赔政策处理难度大、费用高及地形复杂等外部环境因素的影响,传统架线施工工艺已不能适应施工环境的需要。而靠遥控飞艇、遥控航模及动力伞等新的放线工艺是近年来逐步认可的方法,并且在技术、经济评价中显示出优越性,在将来的1 000 kv、±800 kV特高压电网建设中具有一定的推广意义。青海送变电工程公司在三峡外送重点工程——±500 kV蔡白线F3标段施工中应用遥控飞艇放线技术,有效满足了施工安全、进度要求,大大减少了青赔数量,节约了成本,加大了环保力度。本文对该遥控飞艇放线施工方法、工艺进行了详细介绍。