水下航行体动响应影响因素敏感性分析

水下航行体在出水过程中,由于表面空泡发生溃灭,会引起结构的瞬态响应。结构动响应的大小与航行体所受流体外力直接相关,而空泡形态、航行体姿态、发射条件等都会影响航行体周围流场,使航行体所受流体动力十分复杂。本文从统计的角度出发,采用方差分析的办法,对航行体出水过程动响应影响因素进行了敏感性分析,并通过不同工况下模型试验数据,对出水速度、波浪、空泡溃灭速度、攻角等因素进行了统计分析。     

水下附加质量及阻尼的试验研究

潜射导弹在出水过程会承受由于空泡溃灭带来的脉动压力,这种脉动压力会引起弹体结构较大的动态响应和动态载荷,弹体结构在水下的模态特性和阻尼特性直接影响出水动载荷和动响应的大小。基于动力学相似模型,采用释放法分别开展了柱体结构在空气中及在水中的模态试验,采用Hilbert变换在时域中对振动衰减信号进行处理,给出了速度加权的平均频率和平均阻尼比。通过干、湿模态参数的比较和分析,获得了水对结构运动的影响参数,水中一阶弯曲振动的阻尼比约为3%,附加质量系数约0.5,刚体运动的附加质量系数约为1,试验研究结果可用于结构响应的分析和计算。     

弹性体水下发射试验的仿真研究

针对水下垂直发射航行体的弹道和载荷特性,通常需要开展大量缩比模型的弹射试验来进行辨识。开展水下发射航行体跨介质运动过程的数值仿真及试验验证研究,考虑航行体的弹性特性、与筒内减振装置的碰撞特性、航行体入水和出水冲击特性等,获得了俯仰角度和弯矩载荷随时间变化规律,仿真结果与试验结果吻合地较好。     

航行体出水过程动载荷优化方法研究

航行体垂直出水过程中,由于空泡在壁面处溃灭会产生较大的压力脉冲,从而激起结构剧烈的结构动响应,严重时可能造成结构破坏。基于遗传算法,提出了以减小航行体整体载荷为目标的顶层优化方法,通过调整整体质量-刚度分布参数,改变其动力学特性,实现了多目标优化,得到了良好的整体降载效果,在工程上具有重要的应用价值。     

细长体出水动力学的实验研究及数值模拟

航行体出水过程涉及到气液两相交界,流场是非定常且高度非线性的,是一个非常复杂的过程。为了深入研究该问题,采用实验和数值模拟相结合的方法研究了细长体垂直出水过程的水动力特性。实验在二维水箱中进行,采用高速摄影仪拍摄了不同速度下细长体垂直出水流场。数值模拟采用 VOF 模型,结合动网格和 UDF 技术对相应的实验工况进行了模拟。研究了细长体水下运动过程中空泡的生长和溃灭机理,以及细长体出水时对自由液面的干扰规律。实验研究表明:(1)细长体在完全出水时刻出水速度发生突增;(2)随着细长体速度的增大,空泡产生的部位是从尾部开始,然后再在头部出现;(3)当细长体头部没有局部空泡产生的时候,细长体出水时会造成明显液面隆起现象,当细长体头部产生局部空泡后,细长体出水时,没有明显液面隆起现象,但是会产生“喷溅”现象。数值计算表明:在不产生空泡的情况下,细长体头部接近水面到完全出水的过程中,自由液面都会隆起,尾部出水时液面隆起的程度比头部出水时大。通过比较数值计算结果与实验结果,两者吻合较好。     

高速水流冲击弹性边界结构问题的试验研究

针对水下航行体出水过程空泡溃灭问题,依据水发射试验装置,设计一套试验方案,研究高速水流冲击弹性边界结构的现象.研究结果表明:高速水流冲击弹性边界时,随着弹性边界工装厚度的增加,压力脉冲脉宽逐渐减小,压力脉冲幅值逐渐增大,其增大部分主要是由于刚度较大产生的高频振荡部分.将数据分析频率窗口降低至500Hz,去掉高频振荡成分...     

潜射导弹级间段密封圈动态密封性能模拟试验方法

根据潜射导弹级间段密封圈在出水过程中的动态变形参数设计了一套模拟试验件和加载、加水及测量装置,采用摆锤冲击加载方式和裂纹动态张开位移测量方法再现了密封圈在导弹出水过程中的使用条件,证明密封圈在规定的开缝宽度、开缝时间和弹体内外压差的使用环境下能够保证防水和密封效果。利用两自由度冲击响应模型分析了试验的动响应曲线,给出了试验系统模态参数的识别结果。     

分布式测量技术在航行体水下试验中的应用

提出了将分布式测量技术应用于航行体水下试验中的航行体表面压力测试。采用分布式采集系统设计,可大幅减少穿舱电缆的数量,使得航行体组装对接更加方便,有效提高系统的可靠性。     

风洞天平动态特性多阶惯性补偿技术研究

在高超声速风洞测力试验过程中，冲击载荷或动态载荷激励测力系统结构振动，天平输出信号中包含了振动干扰量，可通过动态补偿方法进行改善，但现有方法处理方式单一，精度受限。根据测力系统结构特点，将测力系统简化为带集中质量的悬臂梁模型，应用振动理论方法，得到了该系统的自由振动解析结果。在自由振动特性研究中，考察了各个振型对测力的干扰以及各个振型加速度分布规律，提出了天平"多阶惯性补偿方法"，并得到了理论补偿系数；进而利用有限元仿真和小波变换后处理方法，对该方法进行了仿真验证。结果表明，相比传统方法，该方法有效提高了天平动态性能。     

尾翼对超空泡航行器形态及力学特性影响实验研究

超空泡水下航行器弹道控制技术是改进与优化超空泡航行器水下弹道的一种重要方式,其中对航行器尾翼的操纵是该技术的重要环节.在高速水洞实验室中进行了缩比模型通气超空泡的生成和尾翼力学特性实验研究,重点针对尾翼安装与否、不同后掠角和不同尾翼安装位置对模型超空泡形态和力学特性的影响进行了深入的分析.通过对比不同工况空泡的外形、阻力、侧向力和法向力矩,获得了尾翼后掠角以及安装位置对细长体超空泡尾部闭合和侧平面力学特性的影响规律,同时对实验结果进行了定性和定量分析.实验证实了尾翼后掠角和安装位置是影响超空泡尾部闭合与影响模型力学特征的重要因素,并提出了实现超空泡航行器尾翼的设计规律.     

基础简谐激励试验的结构动力学仿真研究

将基础简谐激励试验中少数测点的测量数据结合有限元模型进行结构动力学仿真,可以节省试验时间与费用,方便快速地实现对结构的监控。本文的仿真研究基于动态矩阵变换技术,将少数测量点的测量动响应时间历程数据快速傅立叶变换后在频域下应用矩阵变换计算得到有限元模型缩聚自由度动响应,通过对缩聚自由度动响应数据逆快速傅立叶变换以及缩聚转换矩阵反变换,得到了有限元模型全部自由度动响应时间历程。本文以某工程结构为例进行了仿真,仿真结果与试验结果具有较好的拟合性,验证了本文仿真技术的可行有效性。     

Model1000水下机器人容错控制

针对复杂海洋环境中水下机器人的可靠性问题,将在线学习的RCMAC递归小脑神经网络应用于水下机器人时变、非线性故障的辨识和容错控制中。在OUTLAND的ROV水下机器人Model1000上设置各种传感器和推进器故障进行水下故障辨识和容错控制实验,实验结果证明了RCMAC网络在水下机器人故障辨识和容错控制中的有效性。     

无人机简化配置控制技术研究

提出了一种仅采用垂直陀螺和GPS的简化配置控制方案，形成了无人机飞行控制系统常用的俯仰／滚转控制回路、高度控制回路和航迹控制回路。由于GPS信号更新率(1Hz)较低，利用无人机运动学之间的内在关系,给出了高度、航向、位置反馈信号的融合算法。这些反馈回路的控制增益均采用改进的输出反馈LQR设计技术,该技术简化了权矩阵的选择。对比研究表明，对于自身稳定性较好的无人机，该简化配置方案能够实现姿态控制、高度控制和航迹控制。     

自治式水下机器人推进器故障检测、分离与重构

研究自治式水下机器人推进器故障检测、分离与重构问题。针对水下机器人故障诊断残差法中残差阈值不易选取的问题,提出了一种基于观测器的水下机器人推进器故障检测与分离方法,通过构建故障检测观测器对推进器故障与残差信号进行解耦,使推进器出现故障后仅引起与其相关的残差呈单调变化,从而可选择较大的阈值进行故障检测以提高诊断系统的可靠性,该方法在故障检测的同时可进行故障分离。针对系统不确定性导致的推进器故障重构精度低的问题,提出了一种RBF神经网络与等效输出注入相结合的故障重构方法,采用等效输出注入方法估计不确定性项,从神经网络输出中重构推进器故障。     

EXTENDED SELF SIMILARITY OF PASSIVE SCALAR IN RAYLEIGH-BENARD CONVECTION FLOW BASED ON WAVELET TRANSFORM

Wavelet transform is used to analyze the scaling rule convection flow from two aspects. By utilizing the method of extended self similarity (ESS), one can find the obtained scaling exponent agrees well with the one obtained from the temperature data in a experiment of wind tunnel. And then we propose a newly defined formula based on wavelet transform, and can determine the scaling exponent ξ(q) of temperature data. The obtained results demonstrate that we can correctly extract ξ(q) by using the method which is named as wavelet transform maximum modulus (WTMM).``     

结构故障诊断中的小波分解层数选取方法研究

小波变换被广泛的应用到结构故障诊断中,但尽管利用小波变换进行故障诊断效果很好,在实际操作过程中仍存在两个问题,即小波基函数的选择和最佳小波分解层数的选择。基于结构的动力系统,通过讨论结构动力响应、频率折叠及频率混淆对小波分解层数的影响,推导总结出一种小波分解层数的算法,并给出了其算法公式。     

基于Lamb波与时频分析的复合材料结构损伤监测和识别

采用将Lamb波和时频分析相结合的方法,对碳纤维增强复合材料层板结构进行在线的连续监测。首先研究Lamb波在复合材料层板结构中的传播问题,利用Mindlin板理论建立了低阶反对称Lamb波在各向异性复合材料层板中随传播角变化的频散关系;然后用小波变换对由压电传感元件激励和接收的Lamb波信号在时频域进行分析,提取特征信息,测量出Lamb波在结构中实际传播的飞行时间和群速度,并与理论结果相比较;在此基础上结合理论与实际量测信息,考虑各向异性对Lamb波速度的影响,使用遗传算法确定损伤位置,并估算损伤尺寸。实验研究表明了本文方法的可应用性和有效性。     

封闭状态储运发射箱箱壁压力的子波分析

为研究火箭导弹在封闭式储运发射箱内发射时 ,由于密封盖的反射作用使弹箱间隙内存在的复杂燃气流场 ,通过对测量数据进行子波分析 ,得到了管 (箱 )壁压力时间历程曲线中的燃气射流段是由射流激波振荡 (低频 )和射流噪声 (高频 )两种流动成分组合而成 ,激波振荡沿管壁向弹头方向是衰减的 ,它在低频段聚积的能量与起始冲击波一起都对储运发射箱式定向器具有破坏作用。