飞机弹射救生过程人椅运动仿真

建立了人椅系统运动模型,针对人体结构特点,建立了飞行员上肢3刚体7自由度数学模型．采用Kane方法建立了人体上肢动力学模型,计算了上肢各环节在弹射救生过程中相对转角等,计算结果表明身体上肢甩打过程短暂,整个甩打过程在0．4～0．5s甚至更短的时间内,上肢各关节的转角及由此引起的关节力、力矩即可达到人体的耐受极限,仿真结果显示上肢运动的特征有明显的“鞭打运动”。通过CATIA二次开发方式,对飞机弹射救生过程人体动力学响应特征进行可视化仿真,使设计人员能够直观的获得各种弹射情况下人椅运动规律,提高设计效率？     

人体下肢行走运动特征及肌肉肌腱参数研究

为了提高舱外航天服运动性能,保证航天员舱外活动的灵活性与舒适性,从生物学出发,以人体行走为例,研究了下肢膝关节运动特征及肌肉肌腱参数。首先从解剖学角度对人体下肢肌骨模型进行分析,其次对人体下肢关节的运动学、肌肉肌腱参数与动力学特征等进行研究,最后分析下肢膝关节力矩、角加速度与关节惯量的关系。结果表明:人体下肢膝关节处于最大屈曲位时,关节角加速度几乎同时达到最大;内外侧腓肠肌与股直肌分别在支撑期与摆动期提供重要力量;行走运动中的人体膝关节力矩与角加速度未呈现较好线性关系,但关节惯量与周期(时间)序列可完成较好线性拟合。该结果可为太空环境下的相关研究及舱外航天服的设计提供一定参考。     

跳伞着陆冲击的多体系统仿真分析方法

探讨跳伞着陆冲击过程中人体模型的多刚体系统动力学建模方法,介绍多刚体系统理论中Kane方法的基本原理,用Kane方法建立跳伞着陆冲击的二维人体模型,模拟人体在跳伞着陆冲击载荷作用下的运动学特征,计算出人体各段承受的着陆冲击力,并与相关试验结果进行比较,论证了Kane方法用于跳伞着陆冲击仿真分析的可行性.     

登月助力航天服下肢关节迟滞模型建立与动力学仿真

针对未来航天员月面行走的需要,对登月助力航天服下肢关节进行动力学仿真分析。基于月面行走的登月助力航天服结构设计理论,分析了航天服下肢关节阻力矩迟滞特性,采用Preisach迟滞模型对关节阻力矩进行仿真计算,得到关节阻力矩随角度变化曲线;按照登月航天服下肢运动角度、关节长度及质量分布,利用ADAMS建立航天员下肢二连杆动力学模型,得到登月航天服下肢关节驱动力矩随步态周期变化曲线。仿真结果表明,1个步态周期内航天服下肢关节阻力矩在驱动力矩所占比例可达50%,登月助力航天服下肢关节的迟滞特性能更准确地描述关节活动力矩特性,计算所得模型可为下肢驱动机构设计与运动控制系统提供理论依据。     

用微元法建立单刚体动力学的虚加速度原理和虚力原理

本文首先从刚体动力学方程出发,利用变积法推得其虚加速度原理和虚力原理,然后用微元法思想由质点系动力学的虚加速度原理、虚力原理推得刚体动力学的虚加速度原理与虚力原理,并对两种方法本身进行了比较。由于本文的推导方法是从连续介质力学的观点进行的,故这种方法对进一步建立单柔体、多柔体动力学的虚加速度原理和虚力原理具有重要应用价值,进而对现在热点之一的柔性飞行器动力学的研究有潜在的意义。     

多体链的动力学方程

 多刚体系统的动力学方程的建立,已经比较成熟。对于刚体与弹性体的混台多体系统,工作还较少。Likins和Hughes曾讨论过有太阳帆板的卫星的动力学方和。Hughes还讨论了两端各有一个刚体,中间皆为弹性体的多体链的动力学方程。本文应用虚功形式的d'Alembert原理建立任意多体链的动力学方程。     

三轴运动模拟转台的运动学和动力学(续)

二、三轴运动模拟转台的动力学三轴转台作为三个自由度的、级联的迴转刚体组合体,其动力学问题可以应用已经发展了的一些原理和方法(诸如拉格朗日—尤拉方程、牛顿—尤拉方程和叠代的拉格朗日—尤拉方程以及通用的达朗贝原理等)加以解决。上述这些方法都已成功地用来描述多关节机器手的动力学。本文对三轴台动力学的研究旨在得到明确、具体的动力学解析表达式。比起通过数值计算进行分析的方法,解析表达不但以公式给出结果,而且可以给出物理意义和工程上意义的解释。一般说来,欲得到     

一种无源被动式人体低重力模拟系统的力学性能仿真分析

针对未来登陆月球或火星的航天员在地面进行低重力模拟训练的需要,设计了一种采用被动重力平衡技术的人体低重力模拟外骨骼系统,利用弹簧平行四边形机构实现对人体重力的补偿。首先,基于势能守恒原理设计了躯干重力平衡外骨骼和下肢重力平衡外骨骼;然后,通过人体生物力学仿真软件对外骨骼系统进行了仿真分析,分别在月球环境和地面穿戴外骨骼环境下进行了搬运重物和步行运动,并对比了运动时的地面反作用力、肌肉力等数据。仿真结果表明：该人体低重力模拟系统可以使受训者的关节和肌肉感受到失去部分重力载荷,能够较为准确地模拟低重力环境下的运动效果,具有可行性。     

旋转弹气动力建模与飞行轨迹仿真

运用一种自回归滑动平均(ARMA)的时域气动力建模方法,以计算流体力学与刚体动力学(CFD/RBD)耦合仿真的输出结果为样本,对旋转弹的非定常气动力进行建模。利用建立的气动力模型与刚体动力学方程求解模块耦合,实现了旋转弹轨迹的快速仿真,并讨论了不同的建模方式对仿真精度的影响。算例结果表明:采用气动力模型与刚体动力学方程耦合仿真技术可以在不同初始发射条件下进行旋转弹飞行姿态与运动轨迹预测,且与CFD/RBD仿真结果吻合较好,证明ARMA气动力建模方法可以在保证旋转弹轨迹预测精度的同时大幅缩短仿真时间,节省计算资源。     

模拟不同重力水平下多种步态中下肢关节运动特征研究

为探索低重力环境对人体行走和跑步时下肢关节运动特性的影响,搭建了一种悬吊式低重力模拟装置,采用惯性运动捕捉系统,对9名男性受试者在常规重力(1g)、模拟火星重力(1/3g)和模拟月球重力(l/6g)条件下的平地行走(速度4 km/h)、平地慢跑(速度7 km/h)和坡地行走(速度3.6 km/h、坡度15°)进行运动测量,得到了不同重力水平下平地与坡地行走和跑步时髋、膝与踝关节的关节活动范围等运动学数据。结果表明,下肢各关节在矢状面上的屈曲/伸展活动范围远大于冠状面的内收/外展和横截面上的内旋/外旋活动。模拟低重力条件下,髋关节和膝关节在各个平面上的活动范围均明显减小,踝关节活动角度无显著变化规律。通过分析一个步态周期内各关节在矢状面上的角度变化发现,低重力条件下,步态运动的支撑时相变短,摆动时相变长,步态更加缓慢,且倾向于采用一种行走-蹦跳的步态策略。基于以上实验结果,梳理出了满足平地与坡地多种步态需求的下肢关节活动范围,并对星际航天服下肢关节配置进行了初步讨论。     

弹簧在下肢外骨骼重心调整中的应用

通过对外骨骼在一个步态周期中重心变化的分析,提出髋关节使用螺旋弹簧结构设计来调整重心高度的方法,使负荷重心在行走过程中维持一个水平高度,减少额外的能量消耗。通过外骨骼的受力分析和等升角圆锥螺旋弹簧疏圈理论,提出一种弹簧选取的设计计算方法,计算的结果说明设计的可行性和方法的正确性。     

空间绳系机器人逼近目标协调控制方法

 为了节省空间绳系机器人的末端执行装置在逼近目标卫星过程中推力器所使用的燃料,本文提出一种利用推力器、反作用轮及空间系绳的协调控制方法。首先利用二次型最优控制器(LQR)算法计算出末端执行装置逼近目标所需的理想轨道控制力,然后利用模拟退火算法将所需轨道控制力优化分配到推力器及空间系绳,同时利用时间延迟算法通过反作用轮补偿空间系绳产生的姿态干扰力矩。仿真结果表明,利用该协调控制方法能显著节省末端执行装置上推力器的燃料消耗,有效抑制空间系绳协调控制力产生的姿态干扰,使末端执行装置保持相对稳定的姿态。     

飞机力提示智能侧杆控制器设计方法

与传统侧杆控制器的作用不同,带力提示的智能侧杆控制器的附加功能是减缓和预防飞机在故障或边界状态下的人机不良耦合,以提高飞行安全性。飞机在故障或边界状态下,具有明显的飞行动力学特性突变的特点,飞机动力学特性突变会引起驾驶员操纵策略的变化。针对这些特点,研究其侧杆控制器设计的理论方法。通过分析飞机动力学特性突变引起的系统时变非线性及其在力提示下的驾驶员行为特点,建立了智能侧杆引导的人机系统模型。在此基础上,基于时变系统的频谱分析和人机系统的品质评价准则,提出了带力提示的智能侧杆控制器设计方法,并给出了详细的设计步骤。通过对飞机故障状态下的仿真,解释了力提示智能侧杆控制器减缓人机不良耦合的机理。仿真结果表明智能侧杆控制器在提高驾驶员控制精度的同时,减缓了人机不良耦合的趋势,从而验证了提出的设计方法的可行性和有效性。     

基于STM32F429的全向运动平台的运动控制

全向运动平台系统是可以实现人体在各个方位行走的2D运动平台。针对实现人体在全向运动平台稳定行走的运动控制,采用加入观测器的一阶控制算法对平台运动控制进行探究。先通过MATLAB软件进行算法的仿真,验证方法的可行性;再通过现场测试,验证控制算法的有效性。最终试验表明,加入观测器的一阶控制算法可对全向运动平台实现有效的运动控制。此运动控制策略的探究为全向运动平台的运动控制提供了一种可行的控制思路和方案。     

超燃冲压发动机凹腔火焰稳定器阻力分析

为了研究凹腔火焰稳定器在超燃冲压发动机燃烧室内的阻力情况,采用了试验和数值仿真的方法,结合已有的研究结果、纹影图像和阻力测量等进行了分析。结果表明:在冷流中凹腔阻力受自由剪切层与后壁作用情况决定,来流总压高,作用面积大,凹腔阻力大;在反应流中,凹腔阻力小于冷流阻力,在高当量比条件下凹腔可能产生正推力;凹腔附近最强燃烧放热区对凹腔阻力影响较大,当最强放热区分布在凹腔前壁附近时凹腔可能产生推力;当最强燃烧放热区分布在凹腔后壁时,凹腔可能产生阻力。     

某发动机风扇进气畸变数值模拟

采用周向平均体积力的方法将叶片对气流的作用简化为体积力源项研究进气畸变对某航空发动机风扇的影响.分别对该风扇在均匀进气条件下和进口存在稳态总压畸变条件下的流场进行了模拟计算,得到了和雷诺平均Navier-Stockes(RANS)计算几乎完全一致的特性线以及流场主要结构特征,在进行进气畸变条件下流场模拟计算时成功地捕捉到了进口畸变扰动在流场中的传播情况,并能够正确反映进气畸变对压气机的影响.结果表明:压气机进气畸变流场有着大尺度、强耦合、信息传播三维性明显等特征,采用周向平均体积力研究方法可以利用非常少的计算资源加深对进气畸变流动的认识.      

基于体积力模型的1维涡轮特性评估方法

涡轮低维气动特性评估方法的预测精度对涡轮气动设计有重要意义.基于适用于轴流涡轮特性评估的1维体积力方法,分析和局部调整了Adam和Leonard的1维体积力模型中的叶片力源项和离心力源项,并在特性计算中引入涡轮损失模型.通过1个低压涡轮和1个含冷气高压涡轮对该方法进行验证,计算结果表明:该方法对2个算例在涡轮设计工况点的流量效率预测偏差均在1％以内,且能够反映涡轮气动特性随膨胀比的变化趋势,具有良好的精度,可用于快速可靠地评估涡轮低维气动特性.     

金属水反应水冲压发动机系统性能估算

使用金属／水反应燃料是推进水下超高速航行器的最佳途径，分析了单次注水和二次注水的铝／水反应燃料水冲压发动机系统，得出了燃料质量配比、燃烧室温度、燃烧室压强、系统有效推力、效率等关键技术性能指标。指出了二次注水系统的优越性并提出了一种二次注水系统的实施方案。分析结论与实际系统性能指标相吻合，证明了分析的正确性，可以为系统研究提供参考。     

基于骨骼服的虚拟人体建模与仿真

下肢外骨骼是一种人机结合的可穿戴的智能装置,用来提高单兵行走时的负荷能力。通过结合人的智能和机械的力量,使人与机械的优势得到互补,不仅可以避免用机械模拟人的智能带来的困难,还能够拓展穿戴者的负荷能力。文章首先基于人体行走的生物学特征利用零力矩点（ZMP）稳定性理论,分析了人体的动态稳定性的特点;然后,在ADAMS中建立了虚拟人体模型,对人体行走模型进行了仿真,通过对比仿真结果,验证了模型ZMP处于稳定状态,并且说明了在ADAMS人体建模与仿真的可行性。     

GMM-based target classification for ground surveillance Doppler radar

An automatic target recognition (ATR) algorithm, based on greedy learning of Gaussian mixture model (GMM) is developed. The GMMs were obtained for a wide range of ground surveillance radar targets such as walking person(s), tracked or wheeled vehicles, animals, and clutter. Maximum-likelihood (ML) and majority-voting decision schemes were applied to these models for target classification. The corresponding classifiers were trained and tested using distinct databases of target echoes, recorded by ground surveillance radar. ML and majority-voting classifiers obtained classification rates of 88% and 96%, correspondingly. Both classifiers outperform trained human operators.