二自由度平板折展柔性铰链的分析及优化

为提高平板折展机构(LEMs)的灵活性,提出了一种能实现平面内及平面外转动的二自由度柔性铰链。首先,综合椭圆柔性铰链与LET柔性铰链的结构特点,设计了二自由度平板折展柔性铰链;其次,利用弹簧模型推导了该铰链两个方向的转动等效刚度计算模型,并通过设计实例的理论计算与有限元仿真分析对比,验证了两个理论模型的正确性;然后,探讨了各结构参数对铰链两种转动刚度的影响;最后,以提高二自由度平板折展柔性铰链的转动性能为目标,建立了其优化设计模型,并采用自适应粒子群优化算法对该铰链的结构参数进行了优化。优化结果表明:铰链y轴方向转动刚度下降了83.60%,z轴方向转动刚度下降了92.73%,二自由度平板折展柔性铰链两个方向的转动性能都得到了极大的提升,优化结果完全符合预期。     

变参数椭圆剖面的气动和结构特性研究

采用数值计算方法对亚声速飞行器中常见的外露非升力杆状部件的整流剖面进行了研究,提出了一类新型的变参数椭圆剖面,其外形由二次曲线形状参数Rho和最大厚度位置确定。通过进行长细比在1.5至8之间的椭圆剖面、翼型剖面和变参数椭圆剖面的阻力、升力和结构特性对比分析,表明翼型剖面在长细比大于3时具有最小的阻力和最大的升力线斜率,进一步降低长细比可能出现负升力线斜率等现象,阻力也反而增加。标准椭圆阻力最大,而变参数椭圆剖面即使长细比降低至2仍有较好的阻力升力特性。综合对比表明采用前后Rho值为0.414/0.35的剖面阻力和升力线斜率较低,结构厚度和截面积相对翼型提高,作为整流剖面可能具有更好的气动与结构综合效率。     

城镇居民不同收入阶层消费收入弹性研究

运用中国家庭追踪数据库(China Family Panel Studies,CFPS)2014年的数据,采用广义线性回归模型和半参数回归模型对中国城镇居民不同收入阶层的消费收入弹性进行了全面分析。结果表明,家庭人均住房的消费支出随人均收入的增加而增加,但是消费收入弹性没有明显增加;医疗保健的消费收入弹性只有在高收入家庭呈现明显上升的趋势;大多数家庭其他消费收入弹性均有随收入增加而上升的趋势,但比较贫穷和较为富有的家庭,消费收入弹性为负,尤其在比较富裕的家庭表现更为明显。     

用于电控旋翼的带襟翼翼型关键参数研究

为满足电控旋翼的设计需要,首先给出了可计及襟翼移轴补偿影响的带襟翼翼型的综合时域非定常气动力计算模型.以此为基础,对襟翼弦长比和移轴补偿率这两个重要参数进行了分析.结果表明:增大移轴补偿率会减小升力系数;俯仰力矩系数随襟翼弦长比增大将出现最值,该最值与移轴补偿率有关;襟翼铰链力矩系数随襟翼弦长比增加迅速增大,而增加移轴补偿率则可大幅度减少襟翼铰链力矩系数.对于电控旋翼而言,襟翼弦长比取0.2左右,移轴补偿取0.25左右,可以取得较为满意的效果.     

椭圆型喷嘴对凝胶推进剂雾化性能影响的理论研究

为了研究椭圆型喷嘴对凝胶推进剂雾化性能的影响规律,针对其初次雾化中的射流稳定性问题,利用线性稳定性理论,采用正则模方法,得到了凝胶推椭圆射流的色散关系,即空间增长率和扰动波数的理论关系,基于此,讨论了各个物理因素对于射流稳定性的影响规律,包括椭圆截面的离心率、表面张力系数、粘度、非牛顿流变特性中的弹性、时间常数比。同时,着重分析了弹性对于椭圆射流特有的轴转换现象的影响规律,结合稳定性分析,得到了各物理因素对于凝胶初次雾化的作用规律。本文发现随着表面离心率、表面张力的增加以及粘性的减弱,椭圆射流的增长率增加,有利于提高凝胶初次雾化效果;凝胶推进剂的非牛顿流变特性对其初次雾化过程影响显著,尤其是弹性的作用,随着弹性的增加或者时间常数比的减小,椭圆射流的稳定性减弱,导致射流更容易破裂,进而达到良好的雾化效果。并且,弹性会抑制射流轴转换。     

含双孔各向异性板的热应力集中

利用各向异性体平面热传导、热弹性理论中的复势方法,以保角映射和Faber级数为工具,导出了含双椭圆孔各向异性板热传导、热弹性的第一、二类边值问题的级数解,详细探讨了物理参数、几何参数对热应力集中的影响规律。     

圆孔-半椭圆槽组合结构气膜冷却机理

为了探讨半椭圆槽改善圆孔射流气膜冷却机理,数值模拟研究了圆孔-半椭圆型槽组合结构下游流场、温度场及气膜冷却效率。分析了不同吹风比下半椭圆槽深度对气膜冷却特性的影响。结果表明:吹风比0.5和1.5时,和锯齿槽相比,半椭圆槽更容易形成反向对漩涡,展向平均气膜冷却效率提高5%~119%。随着半椭圆槽深度的增加,孔间区域的气膜冷却效率提高,展向气膜冷却效率分布更均匀。吹风比0.5时,槽深度对半椭圆槽展向平均气膜冷却效率的影响很小,三种槽深的差距在15%以内。吹风比1.5时,半椭圆槽深度为0.5倍孔径的展向平均气膜冷却效率最佳,分别比槽深度为0.25倍和0.75倍孔径的半椭圆槽高55%~107%和2%~16%。     

离轨帆弹性桅杆力学性能分析

采用有限元分析软件ABAQUS分析弹性桅杆几何参数对其力学性能的影响,为离轨帆弹性桅杆设计提供一定的理论依据。结果表明:增加壳体厚度、保持弧长不变,减小曲率半径以及增大壳体截面圆心角都能有效提高离轨帆自动展开能力及弹性桅杆支撑刚度;弹性桅杆的弯曲内部应力只与材料属性、曲率半径、缠绕半径以及壳体厚度有关;曲率半径减小、壳体厚度增加都会增大弹性桅杆的弯曲内部应力,有可能会导致弹性桅杆在缠绕时发生塑性变形。因此,在对弹性桅杆设计时,需综合考虑弹性桅杆几何参数对其展开能力以及缠绕性能的影响。     

飞机活动面长铰链小孔钻铰导具

大型客机上活动面的铰链特别长,铰链孔特别小,而且同心度要求高。如某机活动面最长铰链尺寸(见图1),总长1760毫米,铰链孔径φ2.6毫米,铰链孔同心度误差不大于0.3毫米/米。这种长铰链小孔的钻削和铰孔,一直是一项比较困难的工作。     

采用冗余驱动提高并联机床精度的研究

 由于并联机构铰链间隙的存在,使并联机构的实际精度和刚性明显减小。本文论述了采用冗余驱动技术改善并联机构精度的研究。首先分析了可以将铰链间隙对并联机构运动误差的影响转化为杆长偏差对机构误差的影响;然后通过分析得出 :由于铰链间隙的影响,并联机构运动空间是空间几个球环的交集,采用数值法,利用球坐标数值积分求出误差空间的体积大小;最后对具有相同结构参数的非冗余和具有冗余驱动的两种并联机构,在同样的工作空间内分别计算了误差分布,得出采用冗余驱动技术可以有效减小因铰链间隙而引起的并联机构运动误差的结论。     

基于四杆机构单元的柔性铰链设计与尺寸优化

针对柔性铰链存在的转动角度小和径向漂移大等问题,进行了大转角和高精度柔性铰链设计。利用四杆机构中曲柄摇杆机构的转角放大特性,以固化的四杆机构为变形模块,通过摇杆的小变形实现铰链的大转角运动。柔性铰链中固化的四杆机构为超静定结构,基于超静定结构理论进行了柔性单元的受力分析,并建立了柔性铰链的刚度模型,实现柔性铰链的分析和设计。根据设计方案选取设计变量,基于理论推导得到刚度建立目标函数,根据性能和几何边界建立约束条件,利用遗传算法对柔性铰链尺寸进行优化,并通过ANSYS进行了特定尺寸下柔性铰链变形和应力分析,验证了优化结果的正确性。     

Design and experiment of concentrated flexibility-based variable camber morphing wing

The morphing wing has a significant positive effect on the aerodynamic performance of the aircraft. This paper describes a leading-edge of variable camber wing with concentrated flexibility based on the geared five-bar mechanism. The driving points of morphing skin formed by the glass fibre composite sheet were optimized to make the skin deformation smooth. A geared fivebar kinematic mechanism rigidly connected to the skin was proposed to drive the leading-edge deformation. Besides, a new kind o...     

基于人工神经网络的柔性铰链结构动力修改

利用有限元软件计算出柔性铰链结构参数与振动频率的训练样本,然后通过样本训练人工神经网络建立了柔性铰链结构振动频率与其结构参数的非线性映射关系,最后利用训练好的神经网络修正框架的结构参数以满足设计要求的固有频率。     

采用新型驱动器的微位移工作台设计与实验研究

介绍了一个高精度的微动工作台,该工作台以柔性铰链为弹性导轨,并采用了一种新型驱动器作为驱动元件,实现了较高的定位精度。同时对工作台的特性进行了实验和分析。     

民用客机旅客登机门铰链臂结构设计研究

登机门的重量通过铰链臂传递给门框结构。由于铰链臂通常安装在门一侧,使得登机门重心总是远离铰链臂,在登机门开关过程中,铰链臂需承受较大的附加弯矩和扭矩。过大的铰链臂变形将会引起门与门框间的磕碰或过大的摩擦,从而降低门的可操作性。设计铰链臂时,不仅要考虑强度和刚度问题,同时必须综合考虑结构选材、重量、制造工艺及成本。合理的铰链臂设计,可大大提高登机门的使用性能。     

A closed-form nonlinear model for spatial Timoshenko beam flexure hinge with circular cross-section

Beam flexure hinges can achieve accurate motion and force control through the elastic deformation. This paper presents a nonlinear model for uniform and circular cross-section spatial beam flexure hinges which are commonly employed in compliant parallel mechanisms. The proposed beam model takes shear deformations into consideration and hence is applicable to both slender and thick beam flexure hinges. Starting from the first principles, the nonlinear strain measure is derived using beam kinematics and expressed in terms of translational displacements and rotational angles. Second-order approximation is employed in order to make the nonlinear strain within acceptable accuracy. The natural boundary conditions and nonlinear governing equations are derived in terms of rotational Euler angles and subsequently solved for combined end loads. The resulting end load-displacement model, which is compact and closed-form, is proved to be accurate for both slender and thick beam flexure using nonlinear finite element analysis. This beam model can provide designers with more design insight of the spatial beam flexure and thus will benefit the structural design and optimization of compliant manipulators.     

旋翼翼型对铰链力矩的影响

本文介绍了旋翼翼型对铰链力矩影响的研究。计算并测量了三种具有不同翼型的桨叶在悬停状态下的铰链力矩。表明旋翼翼型对铰链力矩的影响是大的。此外,还通过计算研究了悬停状态下桨叶剖面弦向质心位置对铰链力矩的影响。表明桨叶剖面弦向质心位置越靠后铰链力矩的负值越小,而且随着旋翼拉力的增大影响也增大。     

基于有限元分析的纳米级微进给工作台的设计

采用平行板移动副设计了压电陶瓷驱动纳米级微进给工作台。用有限元方法系统的分析了铰链的各个几何参数对工作台的静、动态特性的影响。举例给出了如何来利用有限元方法选择铰链尺寸,使工作台各性能参数均满足设计要求。     

民用飞机登机门铰链臂结构优化设计方法研究

民用飞机登机门为了满足应急逃生需求,舱门开关需平稳,不能出现明显晃动。登机门铰链臂作为舱门开关过程中的重要连接结构,刚度要求很高,同时作为多个机构的连接界面,载荷工况种类繁多。针对登机门铰链臂结构的设计,提出了较为全面的设计优化流程方法,包含设计空间的定义、载荷及约束、几何重构步骤和强度校核。结合工程经验、拓扑优化以及厚度尺寸优化,能在少量的设计迭代次数下确定铰链臂的外形及尺寸,减少了铰链臂设计周期,实现铰链臂的轻量化设计,同时结构满足强度、刚度、功能性的要求。对于设计中的关键参数的定义和设置,结合工程经验给出建议,形成的通用方法可以推广至多功能,高刚度要求结构,为类似结构的设计提供了参考模板。     

一种基于动态挠曲误差估计的“速度+姿态”传递对准方法

为了保证传递对准信息的可靠性及准确性,航姿基准一般安装在舰载武器的附近,离舰艇主基准距离较远,舰艇的挠曲变形对主基准、航姿基准之间的传递对准影响不可忽略。通过将动态挠曲变形模型的相关变量引入到传递对准状态方程中,从而降低动态挠曲变形对传递对准精度的影响。仿真结果表明,该方法有效降低了动态挠曲变形对传递对准精度的影响,满足传递对准的高精度和快速性要求。