直升机吊挂飞行稳定性和操纵性分析

建立直升机吊挂飞行的直升机/吊挂物/吊索耦合飞行动力学模型.其中直升机基本飞行动力学模型,包括挥、摆耦合的旋翼桨叶挥舞、摆振模型和弹性扭转模型,采用动态入流理论的旋翼尾迹模型,并考虑了旋翼尾迹对吊挂物的影响,还有直升机六自由度运动模型;建立了吊挂物刚体运动模型和根据风洞实验结果确定的吊挂物气动力模型,吊索采用柔索模型.在此基础上,比较了无吊挂配平操纵量与实验结果和吊挂飞行配平计算结果,分析了吊挂物对直升机平衡稳定性的影响以及直升机质心位置和吊点位置对稳定性的影响,在频城里进行了吊挂飞行的操纵性分析,计算结果与飞行实测进行了对比,二者吻合较好.     

基于分岔理论的直升机地面共振分析

基于拉格朗日法建立了旋翼/机体耦合的直升机地面共振动力学模型,该模型考虑了非线性桨叶摆振阻尼的影响.采用非线性分岔理论对无阻尼地面共振动力学系统的自激振动边界进行了预测,并与经典的Cloeman特征方程法得出的结果进行了对比验证.随后利用该理论分析了无阻尼及含桨叶非线性摆振阻尼的地面共振系统的动力学特性.结果表明,采用非线性桨叶摆振阻尼使地面共振动力学系统在自激振动区域呈现出有限幅度的极限环振动,同时也避免了系统在该区域运动发散,且极限环振动幅值与非线性阻尼相关.     

共轴式直升机地面共振非线性仿真

建立了共轴式直升机旋翼/机体耦合的非线性动力学模型。在不考虑桨叶减摆器和起落架非线性因素的前提下,通过求解某模型直升机不同转速时桨叶摆振和机体运动的时域响应,确定了该直升机发生地面共振的转速范围,并与特征值分析确定的共振转速范围进行了对比验证。最后,分别采用非线性动力学模型和线性化模型对不同转速时的上、下旋翼桨叶摆振和机体运动响应进行了动态仿真计算,发现：在稳定区内,系统 非线性因素的影响不大;在不稳定区,非线性系统与线性化系统的响应特性呈现显著差异,且非线性系统将出现极限环现象。     

无减摆器旋翼桨叶气弹稳定性分析

无减摆器旋翼具有桨毂结构简单、桨毂气动阻力小、桨毂维护简便等优点,但取消了桨毂减摆器后必须确保桨叶在摆振方向有足够的阻尼以保证桨叶的摆振稳定性。基于气弹耦合的方法是实现无减摆器旋翼桨叶摆振稳定性的一个有效方法。建立了无减摆器无铰式旋翼桨叶带有预锥角、下垂角、后掠角和预扭角等结构参数的非线性气弹动力学模型,利用伽辽金方法把桨叶偏微分运动方程简化为非线性常微分平衡方程和关于平衡位置的小扰动运动方程,分析了桨叶的气弹稳定性并进行了参数影响分析。数值结果表明,合理的桨叶结构参数和气弹耦合可确保无减摆器旋翼桨叶在摆振方向的气弹稳定性。     

前轮非线性摆振稳定性分析

飞机前起落架支柱上的几个非线性项,例如扭转间隙、库仑摩擦以及速度平方阻尼等,对前轮摆振稳定区域有着重要的影响.文中假设前起落架支柱上端固支,并且给出了用以描述五自由度的前轮摆振运动的非线性微分方程组,使用描述函数法研究了上述三个非线性项对前轮摆振稳定区域的影响,将准线性化的方程组代入状态空间内,利用优化特征值实部的方法确定摆振系统的极限环幅值、摆振频率以及临界参数曲线,这种方法可以免去以往摆振稳定性分析时冗长的代数推导.作为比较,文中还计算了前轮线性摆振系统的临界频率以及临界参数曲线,两种结果比较分析表明,支柱内的几个非线性项对前轮摆振稳定区域有着重要的影响,由于扭转间隙的存在,使得飞机临界滑跑速度大大降低.     

管道机器人动力学分析

在分析了开链式拓扑结构的多节蠕动机器人结构和运动特点的基础上,利用空间算子代数(Spatial operator algebra,SOA)方法,建立了适用于这类机器人系统的通用动力学模型,为验证所建立的动力学模型的正确性,将原理样机运行试验和与动力学仿真分析结果进行了对比.在此基础上,利用该动力学模型,对样机结构的改进与优化,并对机器人运动学和动力学性能的影响进行了分析和评估,为机器人运动控制策略的拟定提供了重要的依据.     

直升机旋翼/机身耦合系统气动/机械稳定性分析新方法(英文)

研究了前飞状态下直升机旋翼 /机身耦合系统的气动 /机械稳定性问题。根据柔性多体系统动力学理论 ,通过构造一种 2 4自由度的刚柔混合单元得到旋翼 /机身耦合系统的周期时变运动方程 ,建模中考虑了桨叶预锥、后掠、中等弹性变形以及直升机机身和传动轴的弹性影响 ,体现出铰接式桨叶绕挥舞、摆振和变距铰的整体刚性运动与桨叶中等弹性变形之间的动力学耦合作用 ,推导中对桨叶挥舞、摆振和变距转角幅值未加任何限制。根据 Floquet理论对稳态周期解的稳定性进行研究 ,采用 Newmark直接数值积分方法得到转移矩阵。对某新型直升机的气动 /机械稳定性进行了分析 ,结果发现对于给定的前飞状态是稳定的 ,但是随着传动轴弯曲和扭转刚度的降低出现不稳定现象。     

旋翼与机身耦合的多柔体动力学方程

在分析旋翼系统的挥舞、摆振和变距运动的基础上，应用柔性多体理论建立旋翼系统的动力学方程，并利用超单元技术建立机身动力学方程，然后根据模态综合技术建立旋翼与机身耦合系统动力学方程。同时作线性处理，计算一个简单模型的固有频率，为旋翼与机身耦合系统的振动特性和响应分析提供一种新模型。     

采用综合气弹分析方法的旋翼非定常气动载荷计算

提出一种桨叶结构、气动和惯性耦合的旋翼系统综合分析方法，将桨叶绕挥舞、摆振及变距铰的刚性转角作为广义坐标，计入了桨叶整体运动和自身中等弹性变形之间的动力学耦合效应，桨叶弹性变量通过有限元法进行离散，翼型剖面气动力采用Leishman—Beddoes二维非定常和动态失速模型，由自由尾迹模型得出桨盘的非均匀入流，依据柔性多体系统动力学方法推早出桨叶前飞状态下的非线性周期时变动力学方程。对Newmark隐式数值积分方法进行改进，用于求解旋翼桨叶的响应。以法国SA349／2小羚羊直升机的试飞测试数据为依据，验证了方法的有效性。     

基于神经网络的机器人迭代学习控制

针对机器人动力学模型的不确定性和负载扰动,提出了一种采用神经网络的机器人迭代学习控制方法。该方法将反馈控制和神经网络学习控制相结合,反馈控制沿时间轴方向使关节运动跟踪期望轨迹,神经网络学习控制沿迭代轴方向使关节运动逼近期望轨迹。文中还给出了基于ＢＰ神经网络的学习控制算法。仿真结果表明,该方法能克服机器人动力学模型的不确定性和负载扰动,具有良好的鲁棒性和控制性能。     

基于旋转坐标系的高阶间断有限元方法非定常湍流数值模拟

基于高阶间断有限元方法(Discontinuous Galerkin method,DGM),对旋转非惯性系下耦合了修正的一方程S-A模型的RANS方程进行了离散求解。为了在稀疏网格上获得更贴近真实的物面形状,使用了多层高阶弯曲网格方法对物面进行拟合。非定常时间推进采用了隐式双时间步方法,每个时间步产生的线性系统采用预处理的方法,即广义最小残差方法(Generalized minimal residual method,GMRES)来求解。计算了旋转圆柱绕流以及经典翼型振荡算例的升力和力矩迟滞曲线,与实验结果以及前人的计算结果对比验证了本文方法的正确性和有效性。     

新型无铰式旋翼气弹综合分析的全本征方程方法

针对新型无铰式旋翼构型存在的大变形几何非线性及根部多路传力的特点,并考虑非定常气动载荷作用,建立了无铰式旋翼气弹综合分析的全本征方程。发展了高精度的伽辽金法变阶有限单元,利用Newmark平均速度法和牛顿松弛迭代,实现了旋翼动力学与气动力的紧耦合求解。经过算例的对比验证表明,本文方法能够准确模拟新型无铰式旋翼根部多路传力条件,并在稳态气弹响应、振动载荷以及气弹稳定性计算等方面具有较好的精度。     

切比雪夫多项式在动态载荷识别中的应用

依据广义正交域理论,应用一维切比雪夫广义多项式的正交性解决单自由度系统动态载荷时域识别问题,获得了基本计算模型。通过假定数据条件下定频模拟激励动态载荷,根据满足普遍意义的单自由度系统动力学方程计算出系统的加速度响应,结合应用广义正交多项式进行载荷识别的基本计算模型进行动态载荷仿真识别,并将仿真识别结果和激励动态载荷进行比对,对比识别结果,确定一维切比雪夫广义加权正交多项式应用于时域动态载荷识别在理论上具有可行性。在理想条件下,飞行器单处测点满足单自由度系统,应用试验记录的其加速度响应,通过载荷识别计算模型对其动态载荷进行了识别,给出了时域内的载荷识别结果,由于对计算模型及识别对象做了简化处理,在一定程度上降低了动态载荷识别的复杂度,因此,在将结果应用到工程实际中时还需进一步拓展。     

一种新型的仿生双尾推进器模型实验

针对单尾鳍摆动存在的机器鱼的摇艏问题,设计出双尾鳍仿鱼推进器,并将其应用于小水线面双体船,制作了仿生双尾推进的实验平台,在水池中进行了双尾推进试验研究.结果表明:双尾推进作为一种新型的仿生推进器,不仅解决了单尾机器鱼游动时鱼体的晃动问题,而且还具有优良的推进和操纵性能.笔者还采用计算流体力学软件FLUENT计算摆动尾鳍非定常流动的流场特性,结合单尾鳍和双尾鳍的不同流场特性分析了双尾鳍在摆动过程中的相互干扰问题,通过尾鳍流场的数值模拟,表明仿生双尾推进器的两个尾鳍在低频摆动时其相互干扰是有利干扰.     

复合材料加筋壁板压缩屈曲与后屈曲分析

为了建立复合材料加筋壁板承受压缩载荷下屈曲、后屈曲和破坏整个失效过程的数值分析方法,对复合材料加筋壁板进行了压缩稳定性试验和有限元分析研究。采用特征值分析法对加筋壁板进行了屈曲分析,得到加筋壁板的屈曲模态、屈曲特征值及屈曲载荷;根据加载端的载荷-位移曲线采用弧长法(Riks),得到了弧长法的屈曲载荷及后屈曲承载路径;引入失效准则,得到后屈曲直至破坏的承载能力。对比两种有限元分析法与试验结果可以得到:加筋壁板的后屈曲承载能力很大,特征值法分析屈曲载荷较弧长法更精确,而弧长法可以更好模拟后屈曲行为,建立的分析法与试验结果吻合较好。     

角接触球轴承分析模型的数值求解

建立了内圈静止、外圈旋转的角接触球轴承分析模型,考虑了滚动体的离心力、陀螺力矩以及弹性流体动 力润滑作用.建立了非线性方程组未知量的约束条件,解决了Newton-Raphson法求解方程易出现不收敛的问 题.以两个角接触球轴承为算例,分析了轴承内、外圈分别旋转对应力的影响,以及转速和径向载荷对轴承工作 性能的影响.结果表明,轴承外圈转时接触应力随转速增大而显著增大,内圈转时则无明显变化;低转速下外圈 转的接触应力明显低于内圈转;较小的径向栽荷下外圈转的接触应力高于内圈转;轴承微区滑动速度受转速和径向栽荷的影响显著.通过Jones球轴承拟静力学分析程序计算,验证了模型和程序的有效性.     

桥梁结构移动载荷识别的新方法

桥梁结构的移动载荷识别技术是桥梁工程建设的技术难点之一。本文在载荷匀速移动的基础上,将时域识别的方法推广运用到变速运动的载荷,运用广义正交变换技术研究了移动载荷识别的新方法,并推导出了在广义正交域下移动载荷识别的数学模型。通过计算机仿真算例验证了该理论的正确性及在工程运用中的可行性。该模型适用于桥梁结构的移动动态载荷识别,为移动载荷识别技术的发展打下一定的基础。     

数字双闭环瞬时值控制逆变器外特性研究

数字双闭环控制通过电流环的无差拍控制实现对负载扰动的抑制,从而提高系统的动态响应速度,但由于没有实现电压的无差拍控制,稳态精度不够理想。本文在介绍电容电流瞬时值反馈控制逆变器数字双闭环控制模型的基础上,建立了系统的闭环传递函数,并从理论上分析了影响数字双环控制逆变器外特性的因素。滤波电感参数的实际偏差和直流电压的波动对逆变器的外特性有较大影响。通过适当的参数设计和在控制器中引入直流电压的解耦控制可以解决在实际参数与控制器参数不一致时输出电压精度不高的问题。仿真和试验结果证明了理论分析的正确性,尤其是加入直流电压解耦控制明显提高了逆变器的输出稳态精度。     

Nomex蜂窝芯静态压缩屈曲与后屈曲分析

基于自动铺丝工艺,为获得良好的蜂窝夹层结构自动铺放成型质量,建立了Nomex蜂窝芯在压辊压力下的屈曲、后屈曲和破坏整个失效过程的数值分析方法。采用线性屈曲分析法(特征值分析法)对蜂窝单元进行屈曲分析,得到一阶屈曲模态、屈曲特征值及屈曲载荷;引入初始结构几何缺陷,采用非线性屈曲分析法(弧长法)对Nomex蜂窝单元后屈曲行为进行分析,输出参考点RP-1的载荷-位移曲线,得到弧长法计算的屈曲载荷以及极限载荷值。通过对比试验结果与两种屈曲分析法得到:对于分析临界屈曲载荷,特征值法较弧长法更精确;而弧长法可以更好模拟结构的后屈曲行为,计算结果与试验数据基本吻合,为Nomex蜂窝夹心结构自动铺放成型过程中铺放压力的选取提供参考。     

共轴高速直升机振动载荷计算分析模型

共轴高速直升机上下旋翼之间存在强烈的气动干扰现象,这对旋翼的气动特性影响较大。本文根据这一特点并考虑气弹耦合计算效率,利用单旋翼自由尾迹模型的尾迹几何和固定尾迹计算的初始诱导速度分布作为共轴双旋翼预定尾迹模型的初始迭代值。与Leishman-Beddoes非定常动态失速模型、Pitt-Peters动态入流模型、共轴直升机上下旋翼桨叶全本征动力学方程及弹性桨叶与变距轴承边界约束条件等计算模块相结合,建立了一种考虑上下旋翼之间气动干扰及耦合迭代的共轴双旋翼振动载荷计算模型。为验证本分析模型的计算精度,以西科斯基公司的验证机XH-59A为研究对象,与国外风洞试验结果进行了对比,两者吻合较好。