不同航速下螺旋桨对船舶操纵水动力的影响研究

通过数学模型进行船舶操纵性预报是常用的方法,以往的约束模试验通常仅在设计航速下进行,且MMG船舶操纵运动模型通常认为螺旋桨对船舶操纵水动力的影响可以忽略。但船舶在实际操纵运动的过程中航速会发生很大变化,螺旋桨对船舶操纵水动力的影响可能变得不可忽略,因此有必要开展相关船舶操纵水动力的研究。以KVLCC2为研究对象,对其裸船体、船-舵、船-桨和船-桨-舵系统分别进行不同航速下的约束模试验数值模拟,研究了不同航速下螺旋桨对船舶操纵水动力的影响。研究结果表明:螺旋桨对船舶操纵水动力的影响不可忽略,该影响随着船舶航速的减小而增大,但舵的存在会减弱其影响;螺旋桨对舵效有着较大影响,该影响随着船舶航速的减小也会明显增大。因此在进行船舶操纵性研究时,有必要进行非设计航速下的相关约束模试验。

飞机舵面易损特性与毁伤评估方法研究综述

飞机舵面作为产生维持飞机可控飞行所需控制力的部件,在空战条件下极易遭受毁伤,开展飞机舵面毁伤评估对飞机类目标的精准毁伤评估、整机易损性降低、战场生存能力提高具有重要意义。本文回顾了飞机舵面毁伤评估的基本组成,分别从毁伤评估对象、损伤模式分析、低易损性设计和增稳控制算法4个方面总结了舵面毁伤评估的研究体系,重点分析了用于舵面毁伤评估的6项关键技术。在此基础上,针对未来战机高生存力设计和快速、精准毁伤评估技术的需求,结合未来关键技术发展趋势,从功能毁伤角度分析了舵面毁伤评估需要关注和亟待解决的问题。

某平台供应船CPP舵桨装置应用

CPP舵桨是一种新型的可调螺距螺旋桨的Z型传动装置,螺旋桨的推力方向可在水平面内任意改变,且可实现其推力大小与其方向合理配合,改进了船舶传统推进装置结构形式,大幅提升了船舶的操纵性和灵活性,适用性强,市场应用前景广。文章以某57 m海上平台供应船的轴系布置与设计为例,阐述CPP全回转舵桨推进装置的结构特点、性能,以及其在海上平台的应用,并根据船舶布置要求对轴系布置进行优化设计,满足了海上平台供应船对机动性及操纵性的要求。

运载火箭栅格舵舵面铸造成型技术研究

栅格舵是一种运载火箭气动控制机构,在火箭子级回收阶段发挥重要作用。针对栅格舵舵面需求量大,分析现有拼焊加工方法存在的问题,从提高栅格舵舵面加工可靠性出发,提出舵面铸造成型方案,对舵面结构实施优化,开展铸造成型技术攻关,进行了工艺设计、铸造数值模拟仿真、试件生产及检测,获得了满足技术指标要求的产品。研究表明:与拼焊工艺相比,采用整体铸造成型技术可有效解决栅格舵装配变形、焊接缺陷等问题,可提高产品可靠性,对设计制造可重复使用火箭具有一定指导意义。

基于数据驱动的舵面结构优化设计

在航空航天领域,基于结构拓扑优化理论的轻量化设计需求逐步增加;而一些高端装备的空气舵通常服役于严酷的热力耦合环境中,对其进行高效地轻量化设计兼具挑战和重要意义.对于给定的载荷,薄壁结构的刚度特性可以通过增加肋或加强筋而得到显著增强,这与空气舵结构的设计需求高度一致.然而,传统隐式拓扑优化框架下的加筋设计存在设计变量数目多、计算效率较低、不易保证筋条几何特征以及不便直接将优化设计结果导入CAD系统等问题.本研究采用了全新的显式拓扑优化方法-移动可变形组件法(MMC),并结合数据驱动对具有异形封闭几何特征的空气舵进行高效加筋设计.该方法直接对筋条骨架的几何信息进行优化,具有设计变量少、计算效率高、优化结果可与CAD软件无缝衔接等优势,从而解决了采用隐式拓扑优化方法及后续模型重构、参数优化等冗余步骤所面临的优化周期长、对设计人员经验依赖性强等问题.进一步,建立了加筋布局与关键力学性质映射的人工神经网络模型;将其作为代理模型进行优化可极为高效地得到高质量的初始设计,从而显著提升了舵面结构优化设计的效率.文章设计框架融合了结构拓扑优化算法与人工神经网络技术,可以推广应用于其他高端装备的智能设计.

舵液压流量脉动生成试验平台设计研究

为开展液压系统内不同流量脉动信号传递与激励特性的研究,设计搭建了频率可控的液压流量脉动生成试验平台。该平台以某船舵液压系统为模拟对象,包含惯性负载、驱动液缸及转舵机构、主控阀组、长管路模拟单元及脉动生成单元等。采用speedgoat实时仿真目标机,搭建了配套的测控系统。结合仿真和试验,验证了该平台在350Hz以内指定幅频流量脉动信号的生成能力。结果表明,该平台工作稳定可靠,试验生成的流量脉动信号与仿真吻合度良好,误差均在10%以内。

某铝合金高速海洋指挥船舵系设计

铝合金船舶与钢质船舶舵系安装方法不同,钢质标准舵承不能与铝质主船体直接焊接固定,两者连接方式也需要考虑异种金属之间电化腐蚀。以某海洋指挥船舵系设计与某高速铝质巡逻艇舵系设计为例进行对比,两船分别采用赛龙承座连接法和螺栓连接法,均有效解决了异种金属的连接、电化腐蚀以及舵承润滑问题,但两者在采购成本、制作和安装工艺的等方面差异。

夹层复合材料舵结构设计与声隐身性能的研究

从力学和声学2个方面研究了夹层复合材料水下声隐身舵的结构设计方法,并制作了夹层复合材料舵的局部典型结构模型。通过敞水域声学测量方法,对夹层复合材料舵局部结构模型进行了声隐身性能的试验研究,试验结果表明声波在夹层复合材料舵表面的反射波大大减小,入射的声波大部分被舵吸收。

基于H^∞设计法的非线性舵鳍联合控制系统仿真研究

建立了首摇、横荡、横摇三个自由度的船舶运动方程。给出了随机海浪波高、横荡力、横摇力矩、艏摇力矩的仿真算法。介绍了干扰抑制的H∞线性系统设计方法。把非线性船舶舵鳍联合控制系统设计问题化为以二次型性能指标为目标函数的干扰抑制的H∞线性系统设计问题;基于H∞系统设计方法,进行舵鳍联合控制系统的设计。并用MATLAB语言完成了控制器的设计与仿真,仿真结果表明基于H∞设计法的舵鳍联合控制器在保证航向控制的同时。

导弹舵面的复合材料设计与分析

针对导弹武器所追求的降低结构质量、提高有效载荷和战斗力的目标,将某型导弹金属舵面进行了复合材料化设计。通过工程算法对该舵面结构进行三向刚度的等代设计,初步给出适当的复合材料铺层方式。利用有限元法对初步设计复合材料舵面进行了计算分析并优化出最佳铺层方式。基于刚度、强度、稳定性设计要求,开展了舵面结构复合材料铺层及厚度等细节优化设计,给出了复合材料舵面结构尺寸及铺层角度。对比分析金属舵面与复合材料舵面,发现在刚度等效的情况下,强度满足要求,稳定性良好,重量减轻一半左右。

基于混合遗传算法优化的舵减摇模糊控制系统

将混合遗传算法应用于船舶舵阻摇 ,充分发挥了模糊逻辑、神经网络和遗传算法各自的优势 .采用模糊系统的自适应变节点的神经网络学习模糊神经网络参数 ,从样本数据中获取模糊控制规则 ,弥补了各自的不足 .

鲁棒H_∞控制理论在舵减摇中的应用

针对船舶舵减横摇控制系统的非最小相位特性,提出了基于正实性设计思想的鲁棒H∞设计方案。分析了系统的性能要求和舵机对舵角和舵速的限制,给出了权函数选择的详细过程,设计了舵减摇的H∞控制器。考虑了系统模型可能存在的不确定性,将鲁棒H∞设计结果与传统的PID设计结果进行了对比。仿真结果表明,所设计的舵减摇H∞控制系统不但取得了很高的减摇效果,而且具有很好的鲁棒稳定性;而传统的PID控制系统在对象模型存在摄动时,会导致系统不稳定,鲁棒性很差。

小型扭杆折叠舵的结构设计与研究

为了满足某项目多个机动飞行子弹在母弹内的装填空间要求,开展了一种小型可折叠的空气舵结构设计与研究,提出了一种基于平滑气动外形的高可靠扭杆折叠舵结构方案。采用工程算法对实现折叠舵展开和锁紧功能的关键件进行了结构选型和优化设计,并辅以有限元分析验证,解决了小型扭杆折叠舵的关键件参数在方案研制初期的设计难题;采用虚拟装配技术对折叠舵装配全流程进行了动态仿真分析,验证了设计方案的合理性,为小型扭杆折叠舵在小尺寸机动飞行器上的工程应用奠定了坚实基础。

Bode积分定理在舵减摇H_∞设计中应用

针对舵减摇系统的H∞混合灵敏度问题,研究了控制系统设计中的限制因素,指出舵减摇控制系统的性能(灵敏度特性)要受到Bode积分定理的约束,因此在船舶横摇自然频率附近的频段内性能不能做到太低。考虑这些限制条件,并从基本的性能要求出发,详细说明了舵减摇系统H∞设计中权函数的确定。经过多次重新设计和对比,给出了一组最为合理的设计结果。仿真结果表明,所设计的H∞控制系统满足性能要求,而且取得了很高地减摇效果。

iSIGHT在鱼雷鳍舵优化设计中的应用研究

在解决鳍舵优化设计问题的过程中,引入集成优化框架iSIGHT,利用iSIGHT的优化迭代计算功能得到一种基于iSIGHT的鱼雷鳍舵优化设计方法,并将得到的设计方案与相同初值条件下通过传统方法得到的设计方案进行了分析和比较。分析比较的结果证明:用基于iSIGHT的优化设计方法来解决鱼雷鳍舵设计优化问题是可行的,并且能得到令人满意的设计方案。

轻质复合材料舵翼面的材料设计

与传统金属舵翼面相比，采用轻质先进树脂基复合材料（PMC），可显著降低超音速空空导弹舵翼面的重量（30％-60％）、增加射程、载荷和机动性能。针对PMC舵翼面研制过程中遇到的材料体系选取、铺层设计、成型工艺，以及与制件质量有关的外观、尺寸、重量与质心、强度与刚度、无损检测、环境适应性等材料设计问题进行了讨论。

抑制高超声速飞行器级间分离气动干扰的预置舵偏设计方法

高超声速飞行器级间分离时,飞行速度约为6 Ma,动压约为70 kPa,前后体之间会有较强的气动干扰,造成飞行器出现姿态偏差。为了抑制这种气动干扰,提出了一种基于CMAC神经网络的预置舵偏设计方法。该方法利用CMAC神经网络的非线性映射作用,并对CMAC神经网络结构进行改进,不以网络输出量为网络自适应学习的输入,而是以分离后的攻角为网络学习的输入,计算不同的分离干扰所需的预置舵偏值。通过仿真验证,文中提出的预置舵偏设计能够有效抑制分离气动干扰对攻角和侧滑角的影响,能使角度偏差由4°减小到0.02°。

一体成型复合材料空气舵模具设计技术研究

本文研究了一种蒙皮+舵芯结构复合材料空气舵的RTM成型模具方案。通过产品结构分析,确定了组装式的模具主体设计方案,进行了定位机构和合模缝结构设计,有效地解决了舵芯定位和织物缝合的问题;同时采用有限元分析方法对空气舵灌注过程进行仿真分析,对注胶口和出胶口进行了设计优化,采用舵面注射方式时,根据计算结果结合实际情况,适当设置出胶口,可避免缺胶或浸润不良的现象。进行了复合材料空气舵产品试制工作,成型产品外形尺寸较好。通过以上研究,形成了模具设计方案,并根据实际情况对模具进行了有效的优化设计,解决了复合材料空气舵的制作难题,实现了产品的一体成型。

鳍/舵减摇双重控制的H_∞设计

针对具有两个不同执行机构,而且两个控制通道的动态特性也不一样的双重控制问题,提出了这类系统的设计方法并应用于用鳍和舵来减摇的系统。对这种合成控制进行了设计。指出两个回路的Nyquist曲线应在船的自然频率上都做到零相移,这样舵和减摇鳍的响应才有可能叠加以增强减摇效果。为此提出用H∞控制来保证零相移,并采用灵敏度函数作为系统的性能指标。详细讨论了H∞设计中的权函数选择问题。给出了鳍/舵合成减摇系统的仿真结果,仿真中还考虑了舵伺服系统速率限制对减摇的影响。

超大型原油船挂舵臂的铸造工艺研究

挂舵臂铸件毛坯重130t,采用地坑组芯造型,砂芯面砂采用铬矿砂,合理设置浇注系统、冷铁、冒口等,并经过计算机模拟工艺优化。应用优化的工艺进行了实际生产,结果表明,工艺措施正确、合理,生产出的铸件组织致密,性能优良,符合国际标准的要求。