为减小气动参数扰动对火箭助推段的影响,提高制导精度,本文将火箭飞行过程中的气动参数扰动量视为摄动制导中的小扰动量,对传统摄动方程进行改进。采用扩展Kalman滤波方法对气动参数扰动量进行辨识,再利用限定记忆递推最小二乘法基于辨识结果进行预测,将预测结果用于下一阶段的摄动制导计算,构建了“辨识—预测—计算”迭代更新的在线辨识模型。本文设计的扩展Kalman滤波器辨识效果较好,收敛时间10 s左右,辨识精度10%以内。设计的结合气动参数在线辨识的摄动制导方案相对于传统方案,能有效降低终端状态偏差。Monte Carlo打靶结果表明改进摄动制导方案对偏差的鲁棒性增强,弹道收敛性更好。本文将气动参数在线辨识用于火箭助推段的摄动制导,降低了气动参数扰动对制导精度的影响,在一定程度上提高了摄动制导的性能,对工程实践具有参考作用...

带传动运转过程中带与带轮之间力的作用比较复杂,传统带传动运动和力的分析没有或只部分考虑惯性力的影响,全面考虑带的惯性力的影响可提高带传动运动和力分析模型的准确性.以带的线弹性和稳态运转为前提,将与带轮接触的带微元化处理,列出周向和径向的动力学平衡方程,并加以简化,得到带传动各动力和尺寸参数之间的微分方程;通过找出相关的物理方程、力与变形的本构关系和几何边界条件,建立动力学方程解的方法.对某平带传动进行理论计算,比较考虑惯性力和不考虑惯性力结果,发现传统方程高估带传动最大力矩,而低估了动角的数值.该研究可为带传动的分析提供理论基础和为带传动的设计提供参考.

针对变矩器常用的基于等倾角射影定理的叶片厚度设计方法(简称为等倾角射影法)带来的叶片三维形态连续性差,以及变矩器效率和能容低下问题,提出符合美国国家航空咨询委员会(National Advisory Committee for Aeronautics,NACA)翼型特征的液力变矩器叶片厚度设计方法。通过定义NACA翼型函数的分段约束,使其符合液力变矩器的流固耦合要求,实现变矩器翼型函数系数的确定。根据翼型函数及直纹曲面规则分别得出叶片厚度值与法向加厚方向,从而得出液力变矩器叶片厚度矢量,实现叶片厚度的设计(简称法向加厚法)。以某型号双涡轮液力变矩器为参照对象,分别利用本方法与等倾角射影法建立模型,对比CFD仿真结果与台架试验结果可知,利用该方法有效地减少了叶片设计参数,设计出的水滴状叶片能够提高变矩器的效率,实现叶片的自动化设计。

为了研究海上浮式风机动力特性,揭示旋转叶片“动力刚化”现象,本文基于一致质量有限元法和Jourdain速度变分原理,建立浮式风机刚-柔耦合多体系统动力学模型。采用叶素动量理论计算非定常气动弹性载荷,编制浮式风力机系统的Matlab仿真程序。结果表明:旋转叶片刚度随转速增大而增大;叶片挥舞以波浪频率和气动频率1P响应为主,并存在二者的耦合频率以及2P、3P响应;浮式基础运动几乎只有波频响应,气动载荷对基础振荡幅值贡献非常小。

为了提升挖掘机自动化水平,减少传感器使用数量,节约控制成本,本文设计了基于高增益观测器的滑模控制器,控制挖掘机铲斗轨迹。建立了挖掘机关节空间与驱动空间位移、速度与力之间的关系,对挖掘工况中常见的以定切削角直线整平作业进行了轨迹规划,并得到相应驱动空间中液压缸杆位移规划曲线。以伺服阀输入电压为控制输入,建立了挖掘机驱动空间,即伺服液压系统数学模型。其次在匹配不确定性与非匹配不确定性存在条件下,采用基于高增益观测器的滑模控制使液压缸杆位移跟踪规划值,并基于奇异摄动理论证明了闭环控制系统的稳定性。相较于以挖掘机关节转矩为控制输入,本文采用伺服阀电压作为控制输入更为直接且易于实践。采用高增益观测器对状态观测,可减少传感器的使用数量,节约整机控制成本。控制器的设计对一类问题具有广泛意义...

为提高管道机器人在管道内行走的安全性及可靠性,本文针对管径为457 mm的天然气运输管道,设计一款液压驱动蠕动式爬行管道检测机器人,用以对管道内壁的损伤及管体腐蚀开裂情况进行离线检测。根据管道内工况需求,利用蠕动爬行原理对管道机器人整体结构设计。计算管道机器人的驱动能力和越障能力,并采用多体动力学仿真技术对其进行分析,得出管道机器人运行过程中所能达到的最大驱动力及能够通过的最大障碍高度,并制作了物理样机并对其各项性能进行测试。结果表明:管道机器人的运动特性与理论分析结果一致,机器人运行过程平稳可靠,能够保证足够的管道通过性能及驱动能力,可实现复杂工况下的运行和检测。

为了使钢管对接操作方便简单,降低误差,本文设计了由液压驱动的校圆工具。通过卡爪卡住钢管管口移动,使得钢管管口发生形变完成校圆工作。校圆工具提供足够大的压紧力,使调直校圆工作可以针对所有系列钢管。利用有限元模拟加载分析出所需的最大压紧力,对模型进行等效简化和莫尔积分法的计算方法对模拟结果进行验证。研究结果表明:显示仿真和理论计算拟合程度较高,该校圆工具提供的压紧力应大于4.0×105 N才能对所有系列钢管进行组对校圆;利用得出的压紧力对校圆工具的卡爪进行强度校核,选取的材料Cr40强度满足要求。

针对目前具有提升功能的柔性铰链设计较少的情况,设计了一种新型提升平板折展柔性铰链(the lifting lamina emergent joint,L-LEJ),给出了其三维结构,采用伪刚体模型法推导了该提升铰链的拉伸等效刚度计算公式。通过对设计实例进行有限元仿真分析,并与应用公式计算得到的拉伸等效刚度理论值进行对比,得到拉伸刚度的理论值与仿真值基本一致,误差在5%以内,验证了拉伸等效刚度计算公式的正确性。最后,通过9组不同结构参数设计实例的理论计算和仿真分析,进一步验证了该拉伸等效刚度计算公式的有效性。

核主泵动静叶栅的参数匹配对水力性能有显著影响。为了提高核主泵整机效率,本文基于动静叶栅几何参数的匹配关系,采用正交试验方法,选取调控比面积的三因素及三水平,探讨比面积对泵水力性能的影响机制;基于各因素平均值,综合考虑叶轮和导叶几何参数及其交互作用对扬程、效率影响的显著性,确定最优组合方案。研究表明：比面积对扬程和效率影响显著,ξ取0.835时,动静叶栅几何参数达最优匹配度,此时扬程和效率均达峰值点。导叶叶片前缘区域,ξ对液流速度的影响较显著,导叶内部速度值呈线性下降趋势时,导叶叶片对液流的控制力较强。当ξ取0.835时,CFD验证导叶水力损失达最小值。获得最佳比面积ξopt为0.835,动静叶栅内部水力损失最小,提高了核主泵整机性能。研究结果为核主泵动静叶栅水力设计,提供了理论依据。

为了适应水陆两栖机器人的复杂工作环境,提出一种同时拥有直线驱动和转动驱动的串并混联四足步行机器人。将串并混联机器人腿部机构简化为2UPU-UPR并联机构,并运用螺旋理论分析该并联机构的自由度特性,Y方向的位置和Z方向的姿态是影响机构运动的两个独立变量。推导出了2UPU-UPR并联机构的运动学反解及其速度雅克比矩阵,并根据速度雅克比矩阵分析了该机构的三类运动学奇异位形,2UPU-UPR并联机构没有运动学反解奇异,但是存在四种运动学正解奇异和两种混合奇异。通过对该机构组成的四足机器人进行直行步态规划,验证了机器人的运动稳定性;对一简单实例进行了单腿机构运动学仿真,分析其输入输出变化关系。研究结果可为机构的进一步动力学分析与应用提供理论基础。