仿鞭毛菌游动的微型机器人近壁运动

鞭毛菌及模仿其运行的微机器人在靠近壁面游动时，其运动模式与远离壁面时有所不同。针对这一现象，本文利用抗力理论和Stokes方程的线性性质，对鞭毛菌在壁面附近运动时流体对其施加的作用力进行分析，建立了鞭毛菌近壁运动的动力学模型。同时计算了细菌在平行于壁面平面内的运动轨迹与游动速度，并与实验数据进行对比分析，结果验证了该理论模型 的有效性。在此基础上，探讨了鞭毛尾的几何和运动学参数与细菌的速度变化量之间的关系。本文研究为微型仿生游动机器人运动控制时规避近壁效应提供参考依据。     

陶瓷基复合材料旋转爆震燃烧室壁面冷却研究

为了降低旋转爆震发动机燃烧室壁面温度，设计了陶瓷基复合材料燃烧室主动冷却结构。对燃烧室主动冷却结构的传热特性进行数值模拟，获得主动冷却燃烧室壁面温度响应和温度分布规律。对燃烧室主动冷却结构进行了模型简化，将模拟旋转爆震波获得的不同壁面温度下的热流密度参数加载在冷却模型上，提高了壁面温度模拟的计算效率。结果表明：燃烧室内壁面热流密度随着壁面温度的升高而降低，扩散区的平均热流密度最大；陶瓷基复合材料燃烧室主动冷却结构可以有效降低燃烧室壁面温度，在相同冷却流量下，矩形冷却截面的冷却效果优于圆形冷却截面，可以将燃烧室壁面的温度降到1 200 K以下；燃烧室壁面最高温度在燃烧室中段区域。     

从壁面脉冲到湍流相干结构演化的数值模拟

发展了高效求解基于Navier-Stokes方程的扰动方程高阶紧致差分方法，研究了壁面强脉冲到湍流相干结构的复杂演化过程。该方法采用高精度、高分辨率的三维耦合中心差分格式，以及和高阶时间分裂法相结合因而更为有效，比一般谱方法更适用于较为广泛的流动区域和边界条件的湍流相干结构研究。中模拟了槽道流动中壁面强脉冲诱导的湍流相干结构的产生、发展和演化过程，显示了湍流相干结构的基本特征和发展规律．计算结果表明，所用壁面强脉冲模型比共振三波模型更有效．     

超声电机驱动的3自由度机器人的设计与实现

本文探讨基于USM机器人的性能,设计了USM驱动的3-DOF机器人,基于层次硬件结构建立了该机器人的控制系统,引入了位置-速度复合控制对该机器人进行控制,规划并编程实现了该机器人的控制软件.实验表明,该机器人能实现精确而平稳的连续轨迹跟踪.     

一种基于遗传算法的机器人补偿学习控制方法

机器人建模的不精确性以及一些扰动的存在给机器人控制增加了相当大的难度。针时这一问题，本文以PUMA560机器人为被控对象，给出了一种PUMA560机器人动力学模型的简化形式，采用PD控制的计算力矩法，得到了机器人的闭环动态误差方程，在此基础上设计了机器人的控制器结构，提出了一种新的基于遗传算法(Genetic algorithm，GA)的机器人补偿学习控制方法。将GA与计算力矩法相结合，利用进化学习来消除机器人中不确定因素的影响，实现时机器人轨迹跟踪的良好控制。最后给出了这种控制的仿真结果，验证了该方法的有效性。     

超疏水表面对湍流边界层相干结构影响的TRPIV实验研究

湍流边界层中的相干结构是壁面摩擦阻力的主要来源。通过研究超疏水壁面对相干结构的影响，揭示其减阻机理。利用高时间分辨率粒子图像测速技术（TRPIV），分别对流速为0.165m/s的亲水壁面和超疏水壁面平板湍流边界层进行测量，得到了2种壁面瞬时速度矢量场的大样本时间序列。通过对比分析2种壁面的平均速度剖面和湍流度，得到了5.39%的减阻效果。通过二维空间两点相关函数的方法定义并提取相干结构，对比得到超疏水壁面能够有效减小相干结构流向尺度的结论。进一步采用λ_ci准则对发卡涡头进行识别，并以此为条件事件对其周围的脉动速度分布情况进行线性随机估计。结果表明:超疏水壁面能够有效削弱单个发卡涡头的强度，并且能够影响其周围发卡涡包结构的组织形式，整体减弱涡包下方近壁区低速流体质点的流向脉动，从而有效减小壁面摩擦阻力。     

基于形状记忆合金的仿壁虎柔性脚掌设计

壁虎通过脚掌独特的外翻机制可以迅速地在壁面实现黏附与脱附。本文通过对壁虎脚掌外翻脱附过程的仿生研究，模仿壁虎外翻脱附机理，以形状记忆合金丝为驱动器，设计仿壁虎柔性脚掌，开展力学分析与计算。基于形状记忆合金的驱动特性及仿壁虎机器人的运动步态，设计了仿壁虎柔性脚掌的控制策略。最后分析了脚趾有无外翻动作脱附时的受力情况，实验测试了柔性脚趾的弯曲与外翻脱附性能，验证了仿壁虎柔性脚掌设计的有效性和可行性。     

边界层局部粗糙壁面对大涡结构的非线性作用

在构建大涡结构理论模型的基础上,设计了局部喷入和吸出的结构来模拟局部粗糙壁面。采用直接数值模拟的方法,研究了在边界层流中局部粗糙壁面对大涡结构非线性作用的问题。数值结果表明,局部粗糙的性质、分布形式以及强度等因素均对边界层流动中大涡结构的非线性演化起到重要的作用。     

回流燃烧室复合冷却结构冷却效果研究

为了研究回流燃烧室火焰筒壁面不同冷却结构形式的冷却特点,设计了3种冷却结构形式,采用试验方式分别对其冷却效果进行了试验研究,得出了如下结论:在相同的壁面开孔率下,(1)吹风比对冷却效率影响显著,随着吹风比的增大冷却效率升高;(2)在火焰筒的不同区段,不同的冷却结构表现出不同的特点;(3)沿整个火焰筒壁面,冲击+逆(同)向对流+气膜冷却结构的冷却效率变化剧烈,而冲击+发散冷却结构的冷却效率沿火焰筒壁面变化较为平缓,火焰筒壁面温度沿流向分布均匀,温度梯度小。这说明对于回流燃烧室,当壁面采用复合冷却结构时,采用全冲击发散冷却结构较为适宜。     

DSMC算法气体壁面相互作用模型

研究了二维非结构网格高超声速稀薄流DSMC方法中气体与壁面相互作用的数值模型。发展了一种基于辐射平衡的壁面温度边界条件,与恒温壁面边界条件相比,该温度边界条件可以克服恒温壁面边界条件的自身缺陷并且能够在流场模拟中适时给出更贴近真实情况的壁面温度;采用了由完全漫反射和纯镜面反射模型组合而成的Maxwell壁面反射模型,该壁面反射模型能够更好地描述气体模拟分子在壁面散射的真实情况。采用本文方法对钝头体外形进行了数值模拟,结果表明本文采用的气体壁面相互作用模型能够提高钝头体背风面后部流场对温度变化的敏感度,并且随着飞行高度提升,敏感度有减弱的趋势。     

轴向冲击下方形纸管的能量吸收性能和理论模型

为了研究薄壁方形纸管在轴向冲击下的力学响应和能量吸收性能,利用落锤冲击试验机和万能材料试验机进行了动态冲击和准静态压缩试验。方形纸管在动态冲击试验和准静态压缩试验中具有相似的渐进压溃变形模式。试验结果显示,方形纸管的比能量吸收和单位体积能量吸收能力与管件的边长和壁厚比(c/h)相关。随着管件c/h的增大,管件比能量吸收和单位体积能量吸收能力迅速减小。同时,本文分析了管件在冲击过程中的压溃力与冲击速度的关系。最后,本文建立了方形纸管轴向冲击下的能量吸收性能理论模型,理论模型与试验结果具有很好的相关性,该模型为薄壁纸管结构应用到冲击防护装置设计提供了理论支撑。     

多模式自适应差动履带机器人

为提高履带机器人对复杂地形的通过能力与反应速度,基于差动轮系的原理,提出一种新型欠驱动式履带机器人。分析了机器人在松软、崎岖、平坦等地形下履带式、摇臂腿式、轮式等移动方式。描述了机器人通过台阶的4种情况,通过建立动力学模型,计算出4种情况下所需的驱动扭矩与障碍物高度、机器人履带模块尺寸之间的关系。利用ADAMS进行越障动力学仿真,得到机器人越障过程扭矩变化曲线。制作一台样机,进行攀爬台阶实验,验证了其自适应越障的可行性。理论分析与实验结果表明:该机器人针对地形变化自适应改变移动方式的能力提高了反应速度,多种越障方式有效增强了通过能力。     

基于Kriging模型的结构耐撞性优化

提出了基于Kriging模型的耐撞性优化方法。首先就Kriging模型的构造方法及其精度评估问题进行了讨论;然后,以薄壁管为研究对象,采用瞬态非线性有限元分析程序作为计算核心,以薄壁圆管的直径和壁厚为优化变量,以最大撞击载荷为目标函数,薄壁管的最大压缩量等作为约束函数,构造了基于Kriging模型的全局近似函数来逼近真实的优化目标函数与约束函数;随后,提出了提高全局近似函数精度的Kriging模型更新方法,改进了优化设计分析流程;最后,在所构造的全局近似函数的基础上,采用遗传算法进行优化分析。算例分析结果表明,该方法构造的最大撞击载荷与最大压缩量的全局近似函数在最优解处与真实解非常吻合,说明了Kriging模型的有效性。     

不同扫描条件下的小动物成像评估

为了评估在不同高压、滤光片厚度和管电流条件下的小动物成像,开发了一套动物成像微型CT装置,并在此装置上进行了不同高压、滤光片厚度、球管电流和曝光时间条件下的老鼠成像。以蒙特卡罗软件包PENELOPE为基础,开发了模拟本装置使用的X射线球管光谱的模型。同时,基于Matlab平台开发了计算X射线柬各种参数,包括平均能量、光强变化以及透射率变化等的软件平台。评估了各种影响微型CT成像的参数对信噪比（SDNR）的影响,并分析了成像参数选择与信噪比之间的关系。文中一系列针对小动物成像和图像质量评估的工具和方法可被广泛应用于小动物成像领域。     

液体火箭发动机管路热防护研究与瞬态仿真分析

为了保证发动机正常工作,需要对管路进行保温设计。对管路热环境进行了仿真,利用ANSYS软件编写APDL程序,对一定厚度发泡层的空间管路进行了热分析,得到了管路的瞬态温度场。为了减小管路发泡层的厚度,采取在管路外侧利用电流加热;该改进方案在减少了管路重量的同时,也增加了管路的安装空间。该仿真分析为发动机管路的保温设计奠定了基础。     

5自由度机器人手臂模糊自适应控制

为了在一定的跟踪精度范围内且存在不确定性因素的情况下控制机器人跟踪设定的轨迹,给出了一种基于控制器输出误差法的自适应模糊控制法来控制机器人手臂.采用梯度下降法调节部分或全部参数以减小输出误差.该方法被应用于5自由度机器人控制系统中,仿真结果显示模糊逻辑控制器参数得到了实时调整,该方法有效.     

用电设计与管理中的节电技术

节电的技术方法和途径种类繁多,其环境和对象不同,节电的效应也有较大的差异。本文对焊管厂在变配电设计中所涉及的各种节能方法、设备和节能技术,进行了较全面的分析与比较,并提出了向设计与管理要节电的设计节电法和电压质量节电法。     

焊接位姿参数定义的讨论及典型工件的建模

讨论了弧焊机器人焊接位姿参数的定义。焊接位姿包括焊缝位置和焊枪姿态,可以用焊缝倾角、焊缝转角、焊枪工作角和焊枪行走角四个参数来表征。对这四个焊接位姿参数的内涵进一步完善和修改,使其更适合于弧焊机器人焊接的实际需要,更通俗易懂。针对典型的马鞍形焊缝进行数学建模,并利用MATLAB软件计算焊接位姿参数。     

摆线桨悬停状态气动特性及参数优化

为了进一步提高摆线桨的气动效率，本文对摆线桨的设计参数进行了优化研究。首先分析了流管模型的基本原理，基于薄翼振荡原理，结合动量和叶素理论建立了摆线桨的双盘-多流管非定常气动模型。然后，通过相关算例验证了模型的适用性，结果表明：实度较小时，准确度较高，而随着实度与转速的增加，桨叶之间的干扰加强，误差值增大。通过大量试验与计算数据的对比，总结了不同实度时，多流管模型的拉力修正因子。最后，基于双盘-多流管气动模型，应用遗传算法对摆线桨的相关设计参数进行了优化设计，优化后的功率载荷提高了12.4%左右。同时，对比发现优化后的摆线桨比旋翼具有更高的气动效率。     

机器人柔性钻孔控制系统的设计与实现

针对飞机柔性装配的需要,在具体分析机翼钻孔流程的基础之上,提出一套基于工业机器人的柔性钻孔控制系统。该系统采用工业机器人集成多功能末端执行器的工作方式,并开发出具有精度补偿、姿态自适应调整和运动控制等功能的软件包。实验证明,该系统能有效提高机翼钻孔的质量和效率,满足其装配需求。