浅水域探测型无人水下航行器海洋动能发电装置特性研究

为了解决浅水域探测型无人水下航行器探测模块长时连续工作时对能源的需求,设计了基于海洋动能的晃动发电装置,根据拉格朗日方程建立了航行器与晃动摆耦合的运动方程,最后根据简化的运动方程,采用龙格库塔方法求解并分析了影响晃动发电性能的因素,研究了不同海况下航行器运动幅度、周期、摆长、质量、转动惯量等参数以及不同运动耦合对发电性能的影响。在2级海况下,最佳电机阻尼系数为5.4N·m·s/rad,3种激励运动耦合时发电装置平均功率能够达到0.5W。研究分析表明,提出的基于海洋动能发电装置模型是合理可行的,在一般海况下,能够满足探测模块的能源需求,同时发现运动幅度、周期、摆长、质量以及耦合横摇运动对发电性能影响较大,转动惯量以及耦合垂荡运动对其影响较小。研究结果为后期晃动发电机的研制、工程试验及优化,提供了一定的理论基础与借鉴。

水下探测航行器海洋动能发电装置分析及试验研究

为了解决水下探测航行器探测传感电子设备的能源补给问题,探索开发由于海洋环境产生的晃动能量的可行性,初步设计直驱式海洋动能发电装置样机。根据动量矩定理和电磁感应原理分析建立系统的机电模型。结合研制的直驱式海洋动能发电装置样机,对发电系统进行数值与试验分析,数值计算结果与试验结果基本吻合;瞬时发电性能分析结果表明在横摇激励幅度为6°频率为1.0 Hz阻尼系数为0.875 Nm?s/rad时,其输出功率可达5.8 W;平均发电性能试验分析结果表明直驱式海洋动能发电装置在阻尼系数为0.875 Nm?s/rad下小幅激励时共振频率为1.1 Hz,大幅激励时共振频率为1.0 Hz。

浅水域探测型无人水下航行器波浪能发电系统设计

为了实现浅水域探测型无人水下航行器(Unmanned underwater vehicle,UUV)探测设备水下长时间工作,提出波浪能发电系统,可以将近水面的波浪能收集转化为电能。详细叙述永磁发电机的原理结构及设计参数;根据Lagrange方程建立系统的数学模型;采用Runge-Kutta方法求解简化的运动方程,研究不同海况条件下对发电性能的影响。研究结果表明提出的波浪能发电系统是合理可行的,在一般海况下,能够满足探测设备的能源需求。同时表明频率与幅度以及耦合横摇对发电性能影响比较大,而耦合垂荡对其影响基本可以忽略。研究结果将为后期波浪能发电系统的工程试验提供一定的理论依据。

海洋动能发电装置在水下探测航行器的安装位置对发电性能的影响

为了研究海洋动能发电装置在水下探测航行器中的安装位置对其发电性能的影响,根据拉格朗日方程建立了水下探测航行器与晃动摆的耦合非线性运动方程,在不同的阻尼系数和横摇激励频率下,采用龙格库塔方法分别对海洋动能发电装置安装位置对发电性能的影响进行了数值分析。研究结果表明:海洋动能发电装置的安装距离(晃动摆的摆动中心到航行器质心的距离)为零时,在横摇固有频率激励下,系统收集能量为零;安装距离不为零时,能量收集系统在固有频率附近呈现振动系统所有的特性;收集的功率与安装距离为二次方关系,且在不同频率时,在安装距离为零附近都有一零功率点,说明发电装置安装距离应尽量避免为零,且这一安装位置与阻尼系数无关,而与频率有关。研究结果将为后期海洋动能发电装置的安装布放提供借鉴。

电池架导热系数对水下航行器电池舱段内部发热和传热过程的影响

对锂/亚硫酰氯电池在水下航行器电池舱段中的发热和传热过程进行理论分析,在给定的工况下,对电池舱段内部发热和传热过程进行试验测量,利用FLUENT软件仿真分析了电池架导热系数对电池舱段内部温度随时间的变化规律和温度分布云图的影响.结果表明,电池舱段内部最高温度随着电池架导热系数增加而逐渐降低;采用铝基电池架能够满足该型号水下航行器在温度控制方面的工况要求(≤70℃),且具有一定的温度裕量.

水下系留平台的海流发电叶片翼型流噪声特性研究

针对水下系留平台的海流发电叶片流噪声较为严重的现象,基于大涡模拟瞬态求解结果,采用FW-H方程对水下系留平台的海流发电叶片翼型噪声特性开展研究。研究表明:所采用的数值计算方法与经典试验测量得到的噪声频谱非常接近,说明该计算方法的适用性;3种翼型的近场噪声辐射特性存在较大差异,远场噪声均呈典型声偶极子辐射声场;随着海流速度的增大,近场噪声的指向从翼型尾缘移向前缘,近场和远场噪声声压级值均逐渐增大;倍频带声压级频谱图反映出其噪声能量值集中在低频段,且均随流速的增大而增大;随着攻角的增大,翼型流噪声声压级值逐渐增大,近场和远场辐射噪声越来越严重,这与流场压强改变密切相关。

泵喷推进器空化特性数值分析

利用基于Rayleigh-Plesset方程均质多相模型和滑移网格技术,对某泵喷推进器进行了三维全通道定常湍流计算,得到了其在空化条件下的性能特征.分析了转速、空泡数和进流速度对泵喷推进器的空化特性的影响.计算结果表明,泵喷推进器叶片发生空化时,推进器的推力和转矩明显下降,进而引起敞水效率的降低且降低幅度达15%以上;同一空化数下,随着转速的增加,泵喷推进器叶片的空化现象趋于明显;同一转速下,空化数越小,空化现象越显著,当空化数大于某一个特定值时,叶片的空化现象消失.

基于两阶段维纳退化过程的液力耦合器可靠性评估

对液力耦合器(liquid coupling device,LCD)的两阶段退化过程进行可靠性建模及评估。液力耦合器退化过程中呈现出明显的两阶段特性,即LCD在退化过程中存在某一时刻,在该时刻前后,LCD分别服从不同的退化过程。传统做法只基于第二阶段进行可靠性分析,丢失了第一阶段的信息。鉴于此,建立两阶段维纳退化过程模型,并推导出该模型下的可靠度函数;同时,基于Schwarz信息准则(Schwarz information criterion,SIC),获得模型变点的估计。最后,运用所建模型对LCD实例进行可靠性评估,并与传统做法进行对比分析。结果表明该模型对LCD退化过程拟合效果良好,且给出更为可信的评估结果。

集成电机推进器用无刷直流电机齿槽转矩削减新方法

为消减集成电机推进器用无刷直流电机存在的齿槽转矩以保证整个推进器的性能,综合考虑了推进器的性能要求、尺寸要求、加工工艺等实际情况,以消减齿槽转矩并尽可能减小其对电机输出转矩的影响为目标,提出了一种槽口倾斜综合优化方法。采用Box-Behnken设计了实验,并利用响应面法处理实验数据,得到了齿槽槽口倾斜角度、极弧系数和槽口宽度3个因素间关系的数学模型,从而计算出了使齿槽转矩最小的槽口倾斜角度、极弧系数和槽口宽度最优解组合。最后,用电磁场分析软件infolytica/MagNet求解了各个实验点的参数值,并验证了最优组合预测值。计算结果表明,对于所设计的功率为2kW的集成电机推进器用无刷直流电机,优化后的槽口倾斜角度为5°,极弧系数为0.65,槽口宽度为3mm,采用此优化参数可使电机齿槽转矩减小28.69%。

一种基于虚拟仪器的舵机测试系统研制

该文探讨了一种基于虚拟仪器组成舵机测试系统的设计思想，在软件开发中比较好的给出了舵机各个参数的测试方法和测试流程设计等，列举了几个单台参数测试的实例。利用本系统全面测试舵机的各参数性能，对开发新产品具有实用价值和理论指导意义。

基于分布式对象封装的集成SMS报警控制系统模型研究

针对监控系统中对设备的远程报警和控制上存在的异网、异构等问题,提出在分布式监控平台中引入短信息服务(SMS)分布式服务体系的设计理念来建立远程监视控制系统,给出了网络化SMS体系的监控系统功能模块结构和工作程序流程,同时采用CORBA服务组冗余等容错策略来提高系统的可靠性。另外,系统中的分布式监控模块将各种监控平台逐一封装为CORBA对象,可用于分布式子系统的无缝透明连接。

采用铝基注塑电池架改善电池舱段散热效果的研究

当水下航行器电池舱段长时间大电流工作时,会产生大量热量,如果热量不能被快速传递到外界环境时,容易导致电池舱段内部单体电池发生短路、泄放和爆炸等安全事故[1,2],所以研究采用铝基注塑电池架改善电池舱段散热效果的可行性非常必要。首先建立了电池舱段热传递的数学物理模型;其次当电池舱段采用铝基导热塑料电池架以23 A恒流连续工作5 h时,对其内部瞬态温度和温度分布情况进行了试验测量;最后在FLUENT环境下,对几种电池架的辅助散热能力进行了数值计算。通过仔细对比试验结果和仿真结果发现,采用铝基导热塑料电池架能够显著降低电池舱段内部最高温度,满足该型水下航行器电池舱段在温度控制方面的工程要求(≤70℃),且具有一定的温度裕量。

面向对象的可视化图元研究与实现

借助于Windows窗口的对象集技术和Borland C++Builder的通用VCL可视化组件库,采用了基于Win-dows NT内核的可视化编程技术研究开发可视化图元软件,给出了多重继承的对象设计与实现方案。由于所研究的图元(组)系统是通用的、面向对象的,与具体的电路及仪器仪表无关,因而具有很强的可移植性和可复用性。

泵喷推进器非定常空化性能数值模拟分析

基于均质多相流的RANS(Reynolds Averaged Navier-Stokes)方程,采用分块网格技术生成高质量结构化网格,同时结合剪切应力SST(Shear Stress Transport)k-ω湍流模型和Z-G-B(Zwart-Gerber-Belamri)空化模型以对NACA66翼型进行了定常流空化性能数值模拟,数值计算结果与实验值吻合良好,验证了数值计算法的实用性与可靠性.在此基础上,利用URANS(Unsteady Reynolds Averaged Navier-Stokes)方程和滑移网格技术,对装有泵喷推进器的无人水下航行器(Unmanned Underwater Vehicle,UUV)进行了非定常流空化性能数值模拟与分析.计算结果表明,数值模拟可以较为精确地预测泵喷推进器空化现象的起始与发展、形状与位置等特性;空化现象发生时,泵喷推进器效率出现明显的降低且达到20%以上;UUV表面与定转子叶片的压力分布较为合理,与空化现象吻合;转子叶顶区域压力面与吸力面之间的压差引起了顶隙梢涡与顶隙空化,造成了泵喷推进器效率进一步的损耗.

具有随机移走逐步增加Ⅱ型截尾下Burr-Ⅻ分布的可靠性估计

在具有随机移走逐步增加Ⅱ型截尾下,讨论了Burr-Ⅻ分布的可靠性估计及其性质。选取共轭先验分布,基于刻度平方误差损失函数,同时随机移走部件数服从二项分布,给出了Burr-Ⅻ分布参数、随机移走概率、可靠度函数及失效率的Bayes估计,并证明了形如[cT+d]-1的一类估计的容许性。最后运用Monte Carlo方法对各种估计结果的均方误差进行了模拟比较。结果表明,在随机移走概率p=0.4处进行试验,估计结果的精度高。

基于Matlab的AUV近水面运动模型的建立与仿真

该文运用矢量方法对自主式水下航行器 (AUV )近水面的六自由度运动方程进行了推导 ,得到了一个适于在Matlab环境中仿真的高度矢量化的空间运动模型 ,并用在Matlab的仿真工具箱Simulink中建立的AUV近水面的六自由度运动仿真模块对AUV的近水面运动进行了仿真 ,在此基础上分析了波浪力对AUV的影响。该模型的建立和仿真为AUV近水面的稳定性分析和控制系统的设计提供了便利的工具。

复杂系统多属性决策方法

多属性决策已成为复杂系统评定的重要手段。属性标准化是多属性综合决策中的一项重要内容,标准化方法应严格遵循属性的物理意义和对决策目标的影响,要求标准化前后属性值比较的物理意义一致或接近。首先在分析现有标准化方法不足的基础上,提出了效益型、成本型和固定型属性标准化新方法,经过该方法得到的标准化结果,满足了标准化前后的可比性和线性化。其次,综合分析了加权和和加权积决策模型应用范围,得出加权积模型更适用于复杂系统的多属性综合决策问题研究。最后,将标准化方法和加权积决策模型应用于算例分析,分析结果验证了提出方法的有效性和一致性。

四旋翼吊挂运输系统动态反馈线性化轨迹控制

三维空间下的四旋翼吊挂运输系统是一种欠驱动、强耦合、多变量的非线性系统.根据系统的动力学特点,将系统分解为双质点系绳连接子系统和四旋翼姿态控制子系统.选择与系统自由度维数相同的广义坐标并基于虚位移原理计算对应的广义力,从而建立系统的拉格朗日动力学方程.利用微分平滑特性证明了运输系统存在平凡零动态,因此可通过动态反馈转化为线性和能控系统.经过2次动态扩展和变量代换,原系统扩展为总相对阶等于系统状态维度的线性能控系统.基于赫尔维茨稳定性判据,设计了跟踪误差指数收敛的动态反馈控制律.该方法可作为一类非线性系统控制器设计的标准方法.最后以三维空间的螺旋曲线及水平面内频率变化的圆周曲线为参考轨迹进行仿真,仿真结果验证了控制系统的有效性.

基于微分平滑的四旋翼运输系统轨迹跟踪控制

四旋翼系绳运输系统是一种具有8个自由度和4个控制输入的欠驱动、强耦合、多变量的非线性系统.为建立系统模型,将系统解耦为双质点系绳连接子系统和四旋翼姿态控制子系统,基于广义拉格朗日方程推导出系统的动力学模型.然后利用微分平滑理论证明了系统是以载荷位置和四旋翼偏航角为平滑输出的微分平滑系统.进而在等式限制条件下对平滑输出轨迹进行规划,获得前馈开环控制律.为抑制系统扰动并使跟踪误差收敛于原点,利用微分平滑特性推导出动态内反馈控制器.仿真实验验证了所提方法的有效性.

新型对接/分离装置机械结构的设计

针对组合式水下航行器的对接/分离问题,提出了一种新型的结构设计[1],并详细论述了其机械结构的工作原理和设计过程。该方案有很多突出优点:结构简单、对接/分离非常方便和易于控制、并且密封性能好,所以适合用于在水下作业的组合式水下航行器。