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。     

虚拟手操作随动仿真算法研究

针对在交互操作过程中虚拟手抓持物体后,虚拟手及被操作物体如何逼真跟随运动的问题,分析了虚拟手交互操作过程。对虚拟手采用两层仿真模型,对绕轴转动类物体提出以转动角度计算其和虚拟手的随动算法,该算法保证了在移动过程中虚拟手与被操作对象的接触位置不变,实现了连续随动。给出了支持无约束自由移动类物体、有约束沿固定方向移动类物体和有约束绕轴转动类物体虚拟手交互操作统一仿真流程。最后通过空间站舱门和灭火器交互操作仿真实例对仿真流程和随动算法进行了综合验证,结果表明,仿真流程能适应不同约束类型的物体操作仿真,随动算法使得操作与视觉反馈一致,交互操作简单自然,实时性好,为后续航天员采用虚拟现实训练提供了有效的基础算法。     

两端弹性转动约束跨中受集中力作用梁的弯曲分析

研究了两端弹性转动约束跨中受集中力作用梁的弯曲特性,给出了弯矩和挠度计算公式,分析了转动约束刚度对弯曲特性的影响。梁的弯曲特性不仅与转动约束刚度有关,而且还与梁的长度及弯曲刚度有关。当转动约束刚度参数小于0.01时,可近似按刚性转动约束计算;当转动约束刚度参数大于12时,可近似按自由转动约束计算。     

基于单轴旋转调制的重力梯度全张量测量方法研究

建立正确合理的重力梯度测量模型对于实现重力梯度测量具有重要作用。本文从动力学基本原理和牛顿第二定律出发,推导了加速度计敏感轴分别沿转盘切线方向和转盘转轴方向安装时,加速度计的输出与重力梯度张量间的关系式,式中的各项均具有对应的物理含义,可通过直接测量或计算得到。本文还利用仿真模型对新的重力梯度全张量的测量方式的可行性进行了分析,结果表明,利用新的测量方式计算得到的“伪测量值”与理论计算值间的误差小于1E,证明该测量方式是可行的。最后,论文讨论了这种新测量方式在实际应用中可能出现的问题及解决方案。     

沿平台系东向轴施加连续转动的 惯性平台系统导航方法

在传统指北式惯导系统中,通过对东向陀螺仪施加连续恒定转动力矩,令平台坐标系绕其东向陀螺仪敏感轴进动,可对北向及天向惯性器件误差形成调制,抑制相关导航定位误差,达到提高平台惯导系统精度的目的.建立了沿平台系东向轴连续转动的指北式平台系统无阻尼情况下的导航机械编排方程及误差方程,分析了其静基座下的误差传播特性并进行了仿真验证.结果表明,同传统指北式导航方法相比,在不改变系统结构和惯性器件精度的前提下,系统中与北向及天向惯性器件误差相关的常值及随时间积累项被调制为零误差和常值误差、经度误差随时间发散趋势得到明显抑制,系统长时间定位精度得到明显改善.     

基于超导的重力梯度敏感线圈电磁特性分析

为了利用超导块体的完全抗磁性与敏感线圈的电感变化测量重力梯度,需要对敏感线圈的电磁特性进行分析.利用盘状超导敏感线圈产生磁场,首先分析单匝线圈在场点产生的磁感应强度,再通过叠加得到场点的总磁感应强度.选取设计参数对线圈外小间距范围内的磁感应强度进行计算可知,径向分量沿线圈径向保持稳定值,而轴向分量变化较大.质量块对总磁...     

三支点柔性转子系统支承不同心激励特征及振动响应分析

针对航空发动机三支点柔性转子系统的支承不同心问题,充分考虑转子结构特征和载荷特征,首次将当量刚度引入多支点柔性转子不同心问题的动力学分析,定量描述转子系统各支承间不同心度带来的转子轴段刚度非线性,并提出了多跨度柔性转子系统支承不同心激励的数学描述,建立了不同心激励下多跨度柔性转子系统的力学模型。基于Lagrange能量法,给出了转子系统动力学方程的求解方法,研究得到了支承不同心转子系统的动力响应特征。结果表明:支承不同心不仅引起转子过渡轴的刚度非线性,产生2倍频激励,还会给转子系统带来附加不平衡激励;对于三支点柔性转子系统而言,2倍频分量同样是支承不同心下转子系统振动响应的典型特征之一。转子系统2倍频分量随不同心量的增加而迅速增加,而1倍频分量基本保持不变。同时转子振动响应呈现"缓增速降"趋势,且随非线性刚度、不平衡量的增大愈加明显。     

低速风洞飞行器模型编队飞行绳系并联支撑机构

设计了一种用于飞行器双机编队飞行的风洞试验模型绳系并联支撑机构,模拟在周边有障碍物的有限空间通道中的飞行运动。以直升机为例,根据工况参数设计了双绳牵引并联机构作为飞行器模型的支撑,建立了基于可移动的滑轮铰点与直升机模型编队协同飞行的运动学模型,对系统的静刚度进行了分析,并通过试验验证了旋翼转动对该绳系支撑系统动刚度的影响,给出了在有限空间通道中模拟双机编队飞行与着陆过程中绳与绳之间、绳与模型之间的干涉算法,并对该支撑机构的绳系结构进行了干涉分析。结果表明,所设计的支撑机构能有效解决模拟飞行器模型双机编队在有限空间中飞行运动时的支撑干涉问题,而且系统刚度达到低速风洞试验的稳定性要求,是低速风洞中支撑飞行器模型进行编队飞行试验的有效解决方案。     

惯性平台轴端结构仿真分析与改进设计

轴端结构是惯性平台系统的主要承载部件,并且实现平台环架结构的转动自由度。因此,轴端构件需要具备足够结构强度和刚度保证惯性平台系统在空间飞行、地面运输等振动冲击工况下可靠工作。本文以某型号惯性平台轴端结构件为研究对象, 探讨了轴端结构件的有限元分析方法。利用HyperWorks 11.0分析软件, 进行了结构静力和模态分析,并对原始的模型结构进行了改进设计。改进后的轴端机盖在相同工况下,结构的强度和刚度上均得到有效提高。     

船舶柔性推进轴系校中特性研究

为研究柔性支撑方式对轴系校中状态的影响,综合考虑油膜刚度、轴承支点、筏架柔性及气囊隔振器的弹性形变、动刚度等因素,建立柔性支撑结构刚度模型.基于灵敏度分析,计算各参数对柔性支撑下轴承等效变位的影响,使用Kirging响应面法解决各气囊、筏架、轴承等效变位关于轴承负荷参数的耦合,最终以艉轴承负荷和筏架调平量为目标变量完成...     

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。     

基于力位协同控制的大飞机机身壁板装配调姿方法

为校正中机身壁板由于重力和调姿内力产生的变形，提高中机身壁板装配调姿精度，提出了一种基于力位协同控制的装配调姿方法。通过将调姿机构等效为并联机构，推导了调姿机构的解析正反解模型；根据螺旋理论，建立了力传感器测量值与重力、调姿内力之间的映射关系，实现重力补偿值的动态计算，基于局部刚体-弹性连接假设，通过多元线性回归方法构建了调姿内力转化为位置补偿量的模型；根据Clamped-Free变形协调原理，简化了定位器调姿内力之间的协调关系，在此基础上提出了重力前馈补偿和调姿内力转化为位置补偿的力位协同控制策略，并对其进行了理论分析与设计。最后，对所提出的控制策略进行了仿真分析，结果表明采用力位协同控制方法，调姿定位精度提高35.3%，调姿内力降低77.8%，通过应用实验，说明了该方法的可行性和有效性。     

旋转加速度计式重力梯度仪动态测量适应性能试验与效果分析

基于旋转加速度计测量原理的重力梯度动态测量技术,仪器自身动态适应性能是该研究工作的重要内容。首先,从重力梯度动态测量误差机理出发,梳理出实现动态测量的关键技术;其次,以国内航空遥感作业常用的Y-12固定翼飞机为例,分析了典型测量作业工况;最后,开展了基于载体动态参数的地面模拟试验,初步达到了论证的技术要求,为开展真实动态条件下的重力梯度测量奠定基础。     

整体式挠性接头刚度测量系统设计

动力协调陀螺仪中的整体式挠性接头存在加工精度难以保证和刚度测量困难等技术难点.而挠性接头的性能好坏又将直接影响到航空航天设备的性能,因此提高挠性接头的高精度检测十分重要.本文介绍了所研制开发的一套高精度整体式挠性接头测试装置.     

Stifness modeling and analysis of a novel 4-DOF PKM for manufacturing large components

Faster response to orientation varying is one of the outstanding abilities of a parallel kinematic machine（PKM）.It enables such a system to act as a reconfgurable module employed to machine large components effciently.The stiffness formulation and analysis are the beforehand key tasks for its parameters design.A novel PKM with four degrees of freedom（DOFs）is proposed in this paper.The topology behind it is 2PUS-2PRS parallel mechanism.Its semianalytical stiffness model is frstly obtained,where the generalized Jacobian matrix of 2PUS-2PRS is formulated with the help of the screw theory and the stiffness coeffcients of complicated components are estimated by integrating fnite element analysis and numerical ftting.Under the help of the model,it is predicted that the property of system stiffness distributes within the given workspace,which features symmetry about a certain plane and is also verifed by performing fnite element analysis of the virtual prototype.Furthermore,key parameters affecting the system stiffness are identifed through sensitivity analysis.These provide insights for further optimization design of this PKM.     

柔壁风洞设计中的Elastica反问题

提出了计算柔壁风洞设计中大挠度反问题的分段线性化方法。将风洞的柔性壁简化为一端固支、一端可自由滑动的梁,其受到气压分布力、自重以及作动筒集中力的作用,需要通过离散分布的作动筒控制柔壁形状。柔壁在多种马赫数条件下的形状和气压沿长度方向变化规律已知,而要求解所需作动筒集中力的大小。通过对简单梁理论的修正,提出了分段线性化方法计算方法,得到了梁的变形方程组,并求得问题的近似解。然后采用非线性迭代方法得到在近似解作用下变形曲线,与气动设计曲线进行比较。     

作动器输出机构刚度优化设计与仿真分析

作动器输出机构的变形可以看作是输出轴体扭转变形与摇臂变截面悬臂梁变形的综合。从材料力学的角度出发,详细推导了作动器输出机构机械刚度的理论计算方法,并以此理论为依据对作动器输出机构的结构进行优化设计。通过仿真对比确定优化设计的正确性,为工程应用提供了有力的理论支撑。     

螺纹副虚拟旋合方法的研究及其应用

在建立螺纹旋合的二维简化模型基础上,在螺纹面接触的重力效应约束条件下,进行了不同螺纹牙型旋合的模拟,并可推算得到螺纹的旋合长度。实际螺纹样本与螺纹通止规模拟旋合的结果与采用螺纹通止规检验的结果一致,进一步验证了这种方法的可行性。     

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。