热和振动复合环境中人体热调节的模拟

本文针对热和振动复合环境对人体的影响特点，建立了该复合环境中二维人体热调节系统的数学模型。采用数值方法对人体热调节系统数学模型进行求解，计算了不同热和振动复合环境条件下人体温度分布及动态响应，计算结果与实验结果相符较好，相对误差小于５％。     

人体热调节系统中血液换热的数值研究

在总结以往人体热调节系统数学模型的基础上，提出了人体热调节系统中的血液换热模型，并对人体生物热方程作了改进，经改进后的人体热调节系统数学模型具有更好的计算精度，其计算结果与实验实测值吻合良好。     

舱外航天服热控系统仿真

针对人体穿着航天服处于过热状态下的散热问题，在分别建立人体热调节系统、金属氢化物冷源和液冷服数学模型的基础上，将3个模型进行结合，对舱外航天服热控系统在5．5h的时间轴上进行综合的仿真计算，求出人体各节段的温度分布情况，液冷服的入口及出口水温，金属氢化物冷源的出口水温等参数，分析航天员的热舒适性，对航天服热控系统的设计有一定的指导作用，并为今后进一步的研究打下了基础．     

人体热调节的有限元分析

本文根据人体的热调节机制建立了二维人体热调节的有限元模型，并设计了相应的实验对该模型进行了验证，实验结果与计算结果吻合较好，本模型对于以人体－环境热交换为内容的工程实践和理论研究有较高的应用价值。     

人体热调节系统数学模型

简要地介绍了人体热调节系统,综述了人体热调节系统数学模型的研究现状,从模型的人体结构表示、循环系统建模、模型的求解和维数等方面,对主要的人体热调节系统数学模型进行了比较,模型包括NASA的41节点人体模型及Kuznetz模型,Wissler模型, Werner模型及北京航空航天大学开发的几个人体热调节模型.对进一步的研究提出了某些观点与建议.      

基于人体模型的舱外航天服热系统分析与计算

分析了舱外航天服空间换热的特点,对"空间环境-舱外航天服-人体"热系统进行了传热分析,利用Visual C++ 6.0及OpenGL技术进行了三维人体模型的构造,对人体体表温度的计算结果进行了三维图形显示.结合人体热调节模型建立了"空间环境-舱外航天服-人体"热系统仿真技术,分析了航天员在不同代谢模式、被动热防护状态及液冷、通风系统控制情况下的热状态,确定了各代谢活动水平下航天员达到舒适状态时液冷、通风系统的工作条件,利用暖体假人试验结果对系统仿真进行了验证,结果表明二者吻合很好,本项目具有很好的工程应用价值.      

Tanabe模型和Smith热调节模型结合预测皮温效果分析

人体热调节模型用于描述人体内外热传递现象,预测热生理参数值。为利用人-服热模型评估室温环境控制,抓住人-服-环境传热的主要因素提出了人体热调节与服装热阻的耦合模型。所提模型由受控系统和热调节控制系统构成。受控系统采用Tanabe模型,把人体分为16个节段,每个节段由内到外分成核心、肌肉、脂肪和皮肤4层,外加与各组织层传热的中心血池,共65个节点,每个节点上利用Pennes生物热方程计算传热量。热调节控制系统采用Smith热调节模型中利用生理数据获取的经验控制方程描述血管舒缩、出汗率和寒颤3种人体基本热调节控制方式。结果表明：所提模型对皮肤温度的预测值与试验结果绝对误差最大值小于0.8℃,绝对误差平均值约为0.5℃,对试验工况下的人体皮肤温度有较好的预测结果。     

无源振动吸附原理与应用

无源振动吸附是最近提出的一种机器人的吸附方式,是爬壁机器人研究的关键技术之一.提出了一种新的无源振动吸附数学模型,设计了振幅和频率可调节的振动吸附实验平台.实验结果证明了无源振动吸附数学模型的正确性;分析了无源振动吸附原理实现稳定吸附的条件,以无源振动吸附原理为指导设计了振动吸附模块并对该模块进行了性能测试,对不同振动参数下吸附模块的抗失效能力进行了实验;实验结果证明这种吸附模块可以作为吸附足模块应用到爬壁机器人上.      

舱内航天服散热途径分析

为分析常压下航天员穿着舱内航天服时的散热性能，６名健康男性青年按二次复合设计分组共进行２４人次试验，经分析计算了获得了服装各散热途径的散热率随通风气源参数及人体活动水平变化的数学模型。对影响服装散热性能的因素及服装散热特性进行了分析讨论。     

星载TDICCD随机振动与数据处理研究

对星载TDICCD进行了随机振动试验，提出了TDICCD机体在进行宽带随机振动工程试验中必定面临的几个技术问题及处理方法，分析了振动环境与结构振动特性的关系及其对TDICCD结构的影响和危害，研究了试验的实用技术和控制方式的选择要点．根据对星载TDICCD振动信号的现场采集结果，分析了振动信号的时域划分、信号采集基本参数的选择原则，并用信号分析仪进行了数据处理，获得了该机体振动的参数，这些动态特性参数为星载TDICCD的防振、隔振提供了可靠的参考，为对机体进行有限元模态计算提供了修正和科学依据．     

随机振动条件火箭贮箱增压系统工作过程仿真

为研究随机振动对贮箱增压系统动态特性和稳定性的影响,引入管路元件壳体坐标实现外激振动的加载,以谐波叠加法模拟飞行环境的随机振动过程,对管路和管路元件分别建立拉格朗日坐标下的一维流动方程和常微分方程组以模拟增压系统动态工作过程,对某贮箱增压系统有/无外界激励振动条件下的工作过程进行了全程计算.计算结果表明:振动环境下减压器、稳压器等运动元件的瞬时流量变化在增压系统中产生压力波动,某些情况下,会导致减压器等出现具有一个主要频率的振荡过程,影响减压器工作稳定性;振动过程中贮箱气枕压力基本不受影响.无振动条件下的计算结果与试验数据基本吻合.提出的模型和方法在贮箱增压系统工作过程仿真中显示了较好的有效性.     

复杂动力学模型下星载天线跟瞄控制技术研究

针对星载天线动力学复杂这一问题,从天线系统刚柔耦合动力学建模、指向跟踪控制以及振动抑制等方面研究了柔性星载运动部件的指向控制方法。首先,通过描述系统几何拓扑关系建立系统运动学方程,从而简化动力学建模过程;之后,利用假设模态法,对天线反射面挠性进行建模;最后,将拉格朗日方程与挠性关节模型相结合,从而建立了星载天线非线性刚柔耦合动力学模型。在以上复杂动力学建模的基础上,采用分层设计的思路进行了控制策略设计：先运用基于计算力矩法的滑模控制器得到不考虑挠性关节的耦合控制律,从而保证卫星基体的稳定性以及天线挠性反射面的振动抑制;再使用反步法对挠性关节进行控制,实现对天线反射面的指向精度控制。最后,讨论了动力学参数不确定性对系统跟踪指向控制的影响并采用数学仿真的方式验证了相关动力学模型与控制算法。仿真结果表明该方法能较好地实现对星载天线的指向跟踪控制以及振动抑制,提高星载天线的动态指向精度。     

锂电池相变材料/风冷综合热管理系统温升特性

锂电池在高倍率充放电过程中会产生大量热量,此热量不及时散出会导致电池超温进而影响电池的使用寿命,甚至导致安全事故。本文设计了一种新型相变材料/风冷综合热管理系统(TMS),并对综合热管理方式下的电池温升特性进行了实验和理论研究。基于集总参数法,结合电池生热及散热机理,建立了电池发热功率计算模型以及相变材料/风冷综合TMS电池温度场数学模型,计算了电池单体发热功率,分析了环境温度、电池充放电循环初始温度、相变温度、对流热阻以及电池和相变材料之间的导热热阻对电池综合TMS性能的影响。结果表明:综合TMS的冷却性能优于纯风冷热管理系统;电池充放电过程为非稳态传热过程,因此较高的初始温度带来超温风险;电池温度场数学模型能准确反映电池升温行为;较高的环境温度下,电池最大温升幅度降低,但可能导致电池最高温度超过安全温度;相变材料的相变温度越低,电池最大温升越低;减小导热热阻及对流热阻能显著提高TMS性能。     

TBM液压管道抗振结构设计方法

针对硬岩掘进机工作过程中产生的强烈振动影响管道的工作性能的问题,建立了基础振动下两端固定支撑输流管道横向振动的数学模型,运用Galerkin方法和等效弯矩法对管道最大应力进行了数值求解,并且用实验证实了数学模型的正确性。研究了基础振动参数对管道最大应力的影响规律,并根据最大应力判据条件得到了不同基础振动参数下管道工作的正常-失效区域,制定了以流量-压力-强振动参数为依据的管道抗振结构设计方法。结果表明:基础振动会引起液压管道应力剧增而导致其工作失效,新的设计方法能有效改善强振动环境下管道的工作性能。     

光纤陀螺系统热建模及仿真

在热状态方程的数学离散的基础上,从系统的角度出发,建立某一高精度光纤陀螺的热模型,介绍光纤陀螺电子系统热模型的建立过程,包括结构体几何模型的建立、内部热源模型的建立以及热敏光纤环体模型的建立.模型建立的方法不仅适用于研究对象,对于结构和组成类似的其他类型的陀螺也是适用的.并通过稳态热仿真研究了系统内热点分布及温度场分布;瞬态仿真分析了陀螺在常温(25.6℃)、低温(-40℃)以及高温(+60℃)环境下,启动过程中陀螺内部温度的变化,实验测试对比分析验证了模型的正确性.在此基础上得出了几个有意义的结论,这将有益于高精度光纤陀螺的工程化.      

舱外航天服热设计技术

提出了舱外航天服热设计技术的研究内容,回顾了国内外在该领域的研究现状.分析了二维冷／热宽温度范围内的人体热调节系统、手指温度仿真以及液冷通风系统传热传质过程,建立了舱外航天服热设计仿真技术平台.通过人体热生理实验对该热设计仿真技术进行了验证.      

光纤读出的微光机电振动传感器

针对采用半导体工艺加工的微机械结构对振动进行测量的问题,提出了基微光机电系统(MOEMS)结构并采用光纤读出的振动传感器的设计方案,分析了该传感器的基本测量原理并推导了数学模型.该传感器采用单光纤的读出方式,利用固定于探测器敏感头前端的微结构感受待测物体的振动,通过测量由微结构振动引起的反射光强度的变化,实现对振动的测量.单光纤结构的使用和微结构参数的合理设计,使得该系统与传统的光纤读出系统相比,具有灵敏度高、尺寸小、易于同光纤匹配的特点.应用该系统对压电陶瓷的振动情况进行测量,可探测到0.18nm的位移.      

弹射座椅动态舒适性与人椅动力学特性研究

动态乘坐舒适性一直是座椅舒适性的研究难点和重点之一,为了研究弹射座椅的动态乘坐舒适性,建立了九自由度的人-椅系统动力学模型,并分别进行了人体模型的模态和人椅模型的动态响应计算机仿真与分析,研究了座椅动态特性参数变化对人体振动响应的影响,为弹射座椅动态舒适性的评估和防护方法研究奠定了基础.      

振动环境下小尺寸减压阀的建模与分析

减压阀作为飞行器液压伺服系统的压力控制阀,在整机振动环境下必须维持必需的服役性能。以某飞行器用小尺寸减压阀为研究对象,将压力感受腔油液等效为液压弹簧,与调压弹簧、阀芯一起构成典型的质量-弹簧（机械弹簧和液压弹簧）-阻尼系统。分别建立了整机无振动时与整机振动时的减压阀分析方法和数学模型。研究结果表明：整机无振动时调压弹簧刚度越大,阀共振频率越高;压力感受腔容积越大,阀共振频率越低。整机振动环境影响减压阀的工作性能,可以恰当地设计减压阀的通径、弹簧刚度、压力感受腔尺寸等参数,使得减压阀在整机振动环境下实现必需的工作特性。理论结果和实验结果基本一致。振动环境下液压阀的分析方法和所建立的数学模型,为整机振动时液压元件的性能预测和评估提供了一种有效的基础理论支撑。     

挠性支承对飞轮隔振系统性能的影响分析

飞轮的高速转子在运转过程中会激发微幅多频振动,对航天器的高精度姿态稳定控制产生不利影响.本文基于飞轮隔振系统结构,建立其动力学模型,并通过实验验证该被动隔振装置的固有模态.对增加挠性支承的飞轮隔振系统的数学模型,通过仿真分析隔振装置在挠性支承条件下对飞轮扰动的抑制效果,实验测试了不同挠性支承条件对飞轮隔振系统微振动特性的影响.结果表明,隔振装置在悬臂挠性支承条件下依然具有优异的隔振性能,挠性支承刚度的适当减弱有利于飞轮隔振系统抑制扰动;挠性支承刚度会降低飞轮隔振系统的二阶结构固有振动频率,但基本不影响其涡动特性.