多自由度强非线性柔性转子—挤压油膜阻尼器系统的分叉与混沌响应

 对航空发动机常用的柔性转子—非同心型挤压油膜阻尼器系统的受迫不平衡响应的分叉与混沌行为进行了研究,所研究的系统是8 自由度16 阶的强非线性系统。通过分析系统响应的轨迹图、分叉图和Poincare 图发现:系统响应中存在多种周期(协调、亚谐和超谐) 和非周期(拟周期和混沌) 响应形式。在整个转速比区间内,周期响应和非周期响应是交错分布的。该系统有拟周期分叉和倍周期分叉等分叉形式。系统响应进入混沌的道路主要有:周期倍化分叉进入混沌;拟周期分叉进入混沌和阵发性进入混沌。而系统退出混沌的道路主要有:周期倍化分叉退出混沌和拟周期分叉退出混沌。     

基础横向激励下含集中质量悬臂梁的动力学行为

首先采用Lagrange方法,建立了基础横向激励下的含端部集中质量悬臂梁系统的动力学方程,利用多尺度法进行一次近似展开求解,分析了它的主共振和1/3次亚谐共振;然后以该系统来模拟运载系统内部部件与外壳的碰撞过程,用数值方法详细分析其在具有两侧刚性约束边界条件下的碰撞动力学行为.研究结果表明,在无约束边界条件下,系统可以简化为具有外激励的刚度硬化的Duffing系统,因此具有与Duffing系统同样的性质.具有约束时系统的稳态运动在很宽的激励条件和边界条件下是混沌的;在某些激励和边界参数区间,存在周期运动,以及随参数的变化,从周期运动经历多次倍周期分叉直至混沌的演化过程及逆过程.     

转子—非圆轴承系统非线性动力学行为的研究

非线性油膜力数据库方法获得非圆滑动轴承的非线性油膜力,利用 Runge-Kutta法、Poincaré映射和频谱图对刚性 Jeffcott转子—椭圆轴承系统在较宽参数范围内的分叉和非线性动力学行为进行研究。得到了系统在某些参数域的分叉图、时间历程、频谱图、相图、Poincaré映射图。研究结果表明:在特定参数范围内系统存在倍周期分叉、Hopf分叉、解的跳跃、K-T周期解、概周期运动和混沌运动等非线性动力学行为。      

二维RayleighBénard对流系统非线性特征的DSMC研究

应用发端于微观分子动力学的蒙特卡罗直接模拟(DSMC)方法实现了RB(RayleighBénard)对流的数值模拟,并在此基础上得到了与线性稳定性理论分析结果相一致的RB系统第一次分叉的临界瑞利数;通过对大瑞利数下RB系统中心点处温度信号进行功率谱分析,得到RB系统通向混沌的倍周期分叉路径,同时应用现代混沌分析方法研究了RB对流系统的关联维、最大Lyapunov指数等非线性特征。     

螺旋锥齿轮振动研齿系统的拍击响应

建立了位移激励下的螺旋锥齿轮振动研齿系统的扭转振动模型,推导出考虑摩擦的轮齿斜碰撞前后状态间的局部映射关系式,得到了螺旋锥齿轮振动研齿系统的Lyapunov指数计算方法.通过算例,运用相图、Poincaré映射图、Lyapunov指数和系统分叉图,分析了研齿系统随激励参数变化的动态响应,结果表明,随激励幅值的增大,研齿系统由单边碰撞状态经倍周期分叉进入混沌,并在混沌状态中有周期窗口的出现.继续增大激励幅值,系统进入了双边碰撞状态.      

气体润滑轴承-转子系统非线性动力学特征的实验

对高速气体润滑轴承转子系统进行了稳定性试验研究.通过轴心轨迹、频率耦合三维图、频谱和分叉图,分析了系统非线性行为特征.实验证明气体润滑轴承-转子系统中的气膜涡动是系统非线性失稳的主要原因,气膜涡动导致的倍周期分叉是系统进入混沌振动的必由途径.通过调整系统固有频率和气膜润滑涡动频率之间的耦合关系,使得失稳转速远离设计转速;以及利用试验中所证实的混沌"有界"性质,有效的控制振幅,将是提高转子-轴承系统非线性稳定性的新途径.      

考虑外圈局部缺陷的滚动轴承非线性动力特性

 建立了考虑滚动轴承外圈局部缺陷、非线性轴承力和径向游隙等非线性因素的滚动轴承系统动力学微分方程,并用Runge-Kutta-Felhberg算法对其求解。利用分岔图、Poincaré映射图、频谱图以及均方值、峰值因子、峭度等时域参数,分析了滚动轴承的响应、分岔和混沌等非线性动力特性。结果表明：考虑外圈局部缺陷的滚动轴承系统存在多种周期、拟周期和混沌响应;滚动轴承系统进入混沌的主要途径是倍周期分叉;峰值因子比率在中、低速,峭度比率在低速时可以很好地识别外圈局部缺陷。均方值比率除了在与轴承动力特性有关的个别转速外,可以在较大的转速范围识别外圈局部缺陷。     

非线性转子—SFD支承系统的分叉

利用Ｎｅｗ ｔｏｎ－ Ｆｏｘ 打靶法和伪弧长连续算法计算了非线性转子—ＳＦＤ支承系统的周期解。基于多变量Ｆｌｏｑｕｅｔ理论,分析了该系统的分叉和稳定性。基于Ｐｏｉｎｃａｒé映射得到了系统的分支图。结果表明,转子系统的运动呈现倍周期分叉、切分叉等非线性动力学现象     

机翼／外挂的次谐颤振响应

对机翼／外挂次谐颤振响应作近似分析。从机翼分离出的外挂被视为简谐激振力作用下的带间隙分段线性振子,研究这种振子的对称周期响应及其分叉。采用Ｐｏｉｎｃａｒｅ映射方法得出分叉条件,再用当量线化法导出分叉条件近似式,并用它来预示机翼／外挂颤振系统的次谐响应。算例表明这种近似分析是可行的。     

两端固支输流管的稳定性和混沌运动分析

本文详细讨论了两端固支输流管在其支承简谐运动激励下的稳定性及混沌运动,推导了管道运动方程,运用相平面图,Lyapunov指数,Poincare映射以及运动时间历程等分析手段重点考察了系统参数u(流体流速）和n(激振频率）变化对管道运动的影响,结果表明,在所研究的系统中存在发生混沌运动的参数区域,而且发现有3条通向混沌运动的途径,即：（1）周期倍化;（2）间歇阵发混沌;（3）概周期运动。     

基于气隙磁场定向的无轴承异步电机非线性解耦控制

无轴承异步电机是一个强耦合的非线性复杂系统，实现了其电磁转矩和径向悬浮力之间的解耦控制是该电机稳定运行的前提。本在研究电机磁悬浮机理的基础上，提出了利用气隙磁场定向控制来实现两之间的动态解耦控制。仿真实验也证明该控制算法不仅能实现电机稳定的悬浮，而且使电机具有良好的调速性能。     

基于变速积分的高速电机磁悬浮控制系统设计

针对磁悬浮高速电机的磁轴承-转子系统,设计了基于MCU+FPGA的数字控制系统。为实现转子系统的高转速下稳定控制,在建立了磁轴承-转子闭环控制系统模型的基础上,针对常规PID控制系统的超调振荡问题和PD控制系统的转子位移静差问题,利用变速积分的思想设计了改进的PID控制器。实验表明,在消除了系统静差的同时明显减小了系统的超调量和调节时间,说明设计的控制系统具有很好的动态特性和稳态精度。     

磁悬浮火箭发动机推力测试台

将电磁悬浮技术用于火箭发动机推力测试试验台是一次新的尝试。本文给出了应用电磁悬浮技术的发动机推力测试试验台的结构,推导了系统的运动方程,并对试验台进行了系统仿真。最后对整个试验台成功进行了多发现场试验,仿真结果和试验结果都表明电磁悬浮技术用于火箭发动机推力测试是成功的,提高了测试系统的性能和推力测试精度。     

基于FPGA的磁悬浮轴承飞轮控制系统设计

针对五自由度永磁偏置磁轴承飞轮, 分析其结构参数及控制原理, 设计了 磁飞轮通用型电控系统。介绍了以FPGA 为核心的控制系统构成,并阐述了控制器的设 计策略,针对飞轮数据处理设计了一种通用型矩阵运算器。最终完成静态悬浮及低速旋 转实验。     

应用于高速磁浮滑橇系统的常导电磁铁结构设计与优化

采用常导磁悬浮技术来解决传统高速滑橇系统中滑橇磨损严重、橇体振荡剧烈等问题。阐述了一套以浮重比为优化目标、纯电励磁与混合励磁式通用的常导悬浮电磁铁的设计流程,建立了悬浮电磁铁的等效磁路模型,并根据悬浮系统的设计输入要求完成了纯电励磁和混合励磁式悬浮电磁铁的初步设计;在此基础上,借助Ansoft有限元仿真软件,完成了两种悬浮电磁铁结构的优化。对比分析两者的设计参数,结果表明:在铁心饱和磁密为1.8 T的限制条件下,电磁铁的磁极截面为正方形时,其浮重比最高;对于混合励磁式电磁铁而言,永磁体的加入大幅减小了电磁铁的体积与自重,显著提高了电磁铁的浮重比,能够增加系统的有效载荷,且降低系统的能耗。     

基于漏磁与磁阻系数迭代的三自由度混合型磁悬浮轴承的设计

提出一种基于漏磁与磁阻系数迭代计算的参数设计方法,将软磁材料内部磁场的磁通密度非饱和作为约束条件,以满足最大悬浮力条件下的体积最小化为优化设计目标,通过循环迭代的方式计算各部分漏磁系数与磁阻系数,最后得到该三自由度混合型磁悬浮轴承各部分的结构参数.利用有限元电磁场分析软件对其进行三维电磁场建模与仿真分析,仿真结果验证了该参数设计方法及其结果的合理性与正确性.给出了静态起浮、悬浮、冲击、转速为30000r/min时转轴位移与控制电流的波形.实验结果表明:基于该方法设计出的三自由度混合型磁悬浮轴承具有良好的悬浮特性.      

实心转子—电磁轴承系统的损耗分析

当径向电磁轴承中的转子旋转时,转子中将产生涡流。当转子为非叠片结构时,所产生的涡流较大,此涡流将改变电磁轴承气隙回路中的磁场。因此,作用在转子上的磁场力除磁浮力之外,还将作用有切向力,此切向力将产生磁阻尼,引起能量损耗。本文提出了一实心转子—电磁轴承系统的磁场分布模型,给出了相应磁浮力和切向力的计算公式,以实际系统为例,进行了相应计算和损耗分析,并在实际系统上进行了实验。结果表明计算与实验较吻合。      

三浮陀螺仪有源磁悬浮加力系统研究

三浮陀螺仪输出轴采用有源磁悬浮,系统工作在分时控制模式下,控制变量为总周期和周期内加力占空比.加力电源类型的选取以及加力电压幅值的确定对电磁力的大小、磁悬浮的功耗有很大影响,进而影响陀螺温度场分布和陀螺精度.在研究了磁悬浮元件电磁特性之后,给出了确定加力电源的基于磁路分析的Flux电磁仿真法.分析给出直流、正弦和方波这三种电源的加力幅值范围为1.7V～ 2V,并结合试验确定1.8V的方波电压加力为最佳方案.实验表明采用该方法分析加力电压是有效的,同时节省了大量实验探索的时间.     

液浮磁悬浮摆式加速度计数字伺服电路设计

液浮磁悬浮摆式加速度计的研制主要包括高性能铍材结构设计和工艺、磁悬浮稳定支承、高精度温控补偿及高精度伺服控制等关键技术,具有精度高、抗干扰能力强、体积小等特点,可应用于航海、航天、航空等多种领域的惯性系统,并直接决定着导航和制导系统的性能和精度。结合液浮磁悬浮摆式加速度计高精度伺服控制需求,本文主要介绍了一种基于18位A/D采集、具备浮点运算功能的TMS320F28335[1-5]、半桥式力矩驱动电路等硬件设计的数字伺服控制技术,为液浮磁悬浮摆式加速度计提供高精度伺服控制方案。     

磁悬浮电机转子加强环设计及工艺研究

针对某型号磁悬浮永磁电机转子磁环胶接强度不能满足工作要求的问题，提出采用M46J／L1000复合材料缠绕加强环的保护设计方案，根据工艺实验结果，利用有限元分析软件MSC．Patran／Nastran对该结构进行应力和形变分析，并确定了合适的成形工艺参数，完成了转子加强环试验件的制作。结果表明：M46J／L1000复合材料体系满足材料组分要求，缠绕复合材料加强环结构满足磁悬浮电机转子在72000r／min高速转动时强度和变形要求。