压电结构系统机电耦合的强化与多阶共振抑制

提高压电系统的机电耦合程度可以提高压电分支电路对于结构机械振动的抑制效果.提出了一种可同时提高压电系统多阶模态机电耦合程度、进而实现对系统多阶共振进行控制的方法.首先通过对压电悬臂梁模型的理论研究揭示了将压电片的电极离散、并以不同方式连接可以导致系统的机电耦合程度发生改变的现象.在此基础上导出可刻划此现象的模态机电耦合函数;提出通过对模态机电耦合函数的优化寻求压电片电极的最佳离散方式和最佳连接方式,以获得对应某一模态的最大机电耦合函数值.为了对多阶共振抑制,提出引入选通电路,通过对含有选通电路的模态机电耦合函数的参数优化实现同时提高压电系统多模态机电耦合程度、进而抑制多阶共振的方法.结合数值实例对此方法进行说明.     

一维向量场含时变参数的非完全分岔

提出新的简便的方法研究一维向量场含线性时变参数的非完全分岔问题. 建立了量级平衡的基本方法,并结合微分方程解对参数和时间的连续性,讨论时变分岔方程的分岔转迁滞后和对分岔图的影响. 对3种不同类型的分岔模型方程作了具体的分析,给出它们分岔转迁的量级关系,定性分析结果与数值结果基本一致. 研究表明:存在非完全分岔参数的临界值,使得当非完全分岔参数分别小于、等于和大于临界值时,相应的时变分岔分别出现滞后、与定常分岔几乎一致和提前现象.     

一类含间隙铰的刚柔耦合系统动力学研究

研究一类含间隙铰的结构对称的刚柔耦合系统的动力学建模及仿真问题。在该系统中, 柔性附件被简化为一段带有端部集中质量的无质量轻梁。首先,提出了轻梁双刚度的新概念; 基于运动关系的分析, 运用达朗贝尔原理导出了该耦合系统的五自由度动力学方程; 然后细致讨论了系统作反对称初值响应运动的情况,指出该响应中存在一种低频反对称振荡运动和两种高频反对称模态运动。由于两种高频运动的存在, 在数值仿真时, 需要选用足够小的步长, 才能获得可信的数值结果。仿真表明, 系统的低频反对称振荡频率将随间隙角的出现及增加而降低     

直升机-吊挂耦合系统平衡特性和稳定性分析

基于单质点吊挂假设,建立了直升机-吊挂耦合系统的非线性动力学模型。在该假设下,吊挂将引入额外的自由度和约束,使运动方程增加4阶,且为隐式的微分代数方程组。通过将惯性力中的广义加速度项与广义速度的二次项分离,可将运动方程转化为显式的微分方程组。针对无吊挂的直升机本体和直升机-吊挂耦合系统这两种模型,采用直接数值方法,计算了它们以不同速度做零侧滑定直平飞的配平状态,并结合飞行试验数据进行对比。进一步对两种模型进行了小扰动线化处理,分析其运动模态并进行对比。结果表明,单质点吊挂会给系统引入两个新的运动模态,使得吊挂两个自由度上的运动与直升机高度响应产生耦合,同时改变直升机本体各个模态的特性,会使部分模态响应品质变坏。     

中层大气受迫Rossby波包的非线性相互作用：Ⅱ.数值计算

本文对中层大气受迫Ｒｏｓｓｂｙ波包的非线性三波相互作用问题作了进一步的数值分析，结果表明，三个波包随时间演化达到的平衡态与文献［１］的理论结果完全一致，而且仅当系统中只有中等波长波包不受外源强迫时，系统运动有可能出现两个稳定平衡态，在一定外源强度范围内，平衡态会产生尖点突变，平衡态随外源的变化有滞后分岔的特征，系统运动最终达到的平衡态不仅与外源强度的变化方式有关，而且依赖于初始状态。     

吸气式高超声速飞行器耦合运动数值模拟

为了研究吸气式高超声速飞行器在俯仰/滚转两自由度耦合运动下的动稳定性问题,基于气动/运动耦合数值模拟方法并结合理论分析,针对一种类似SR-72构型的吸气式高超声速飞行器开展了进气道通流状态下强迫俯仰/自由滚转耦合运动数值模拟研究。结果表明:强迫俯仰/自由滚转耦合运动下,滚转通道的动力学方程可以简化为有阻尼的Mathieu方程形式,并且可以求得稳定性边界。理论分析表明:滚转通道的动稳定性与俯仰振荡角频率相关,在飞行器滚转振荡固有角频率附近存在2个临界角频率,当俯仰振荡角频率位于2个临界角频率之间时,滚转通道是动不稳定的。在俯仰振荡振幅较小时,数值模拟结果与理论符合较好,但实际的临界角频率与理论分析求解的值有一定偏差;数值模拟结果表明随着俯仰振荡振幅增大,导致滚转发散的角频率范围变得更宽,且向更高频率偏移。      

压电网络板的机电耦合动力学特性

借鉴复合材料结构建模中的均匀化处理方法建立了压电网络板机电耦合动力学方程并对其进行求解,获得了耦合系统的频率特征方程;通过求解频率特征方程发现压电网络板的固有模态以耦合模态对的形式存在;在此基础上对耦合系统的频率特性进行了分析,表明耦合模态对的特征频率值随着电感的变化会出现频率转向现象.进一步通过对系统在频率转向区能量转换规律的研究,揭示了压电网络板中频率转向的意义.最后,分析了压电网络板设计参数对频率转向区特性的影响,为压电网络板的合理设计提供了理论参考.     

作大范围运动刚柔混合体的动力学建模与仿真

考虑耦合效应的柔性空间结构耦合动力学研究在航空航天领域具有重要的应用价值.用有限元法对柔性结构进行离散化处理,得到了柔性结构的模态阵.以模态展开方法以及Kane方程为理论基础,建立了作大范围运动刚柔混合体的动力学模型,并通过Matlab软件编写程序进行求解.为了检验该动力学模型及其程序的正确性,将Matlab仿真结果与商用软件仿真结果进行对照,进而验证了该仿真的正确性.本研究解决了中心刚体加柔性附件这一类航天器的动力学仿真问题.      

直升机旋翼/动力/传动系统模型及耦合影响

为了提供有效的避免系统共振的设计措施,针对某型直升机的实际情况建立了该型号直升机的发动机、传动系统与旋翼、尾桨组成的机械扭振系统的分析模型.用特征分析和阻抗匹配方法对系统各个模态固有特性包括固有频率和振型进行了对比计算和结果分析.研究了模态固有特性在扭振系统耦合前后的变化,以及旋翼变转速对孤立桨叶和耦合后旋翼固有特性的影响,得出了避免系统共振的设计措施.      

空间电动力绳系的磁弹性屈曲分析

电动力绳系具有强非线性且运动过程中存在复杂的多场耦合，其磁弹性屈曲问题一直是研究的热点.基于Kirchhoff方程，利用弹性杆模型建立了电动力绳系动力学方程.研究了空间地磁场环境对电动力绳系的影响，分别对电动力绳系的静态和动态稳定性进行深入分析，给出了系统出现分岔的磁场强度临界值.结果表明，随着系统相对角速度的增加，使系统发生分岔的磁场强度临界值逐渐减小.该磁场强度临界值可为电动力绳系电流及其他参数设计提供参考.      

基于K-V阻尼模型的铁木辛柯梁振动响应分析

基于铁木辛柯梁理论,对两端固支梁在承受阶跃载荷和移动载荷下的响应进行了分析。借助K-V阻尼模型,研究了阻尼对系统动态性能的影响。为了进行理论求解,推导了比例阻尼的使用条件,继而运用实模态叠加法理论,最终导出了系统受载时响应的解析解。数值分析结果表明,该方法准确可靠,为其他数值算法,如拉普拉斯变换法,提供了横向对比的依据。有阻尼振动的分析表明系统在高阶模态具有过临界阻尼特性,在低阶模态为收敛振荡特性。阻尼对系统的响应有很大影响,尤其在大长细比时,甚至出现了振幅增大的情形。此外,在阶跃载荷的作用下,系统均呈现出了低频模态为主的响应特性。      

Durbin法在阻尼梁动响应求解中的运用分析

运用铁木辛柯梁理论和K-V阻尼理论，研究了非比例阻尼梁在冲击载荷作用下的频域振动求解方法。推导采用了传统拉普拉斯正变换和基于Durbin公式的拉普拉斯反变换策略（统称拉普拉斯法），发展了阻尼梁系统的动力学方程解法。拉普拉斯法的推演同时涵盖了3种典型的梁边界条件，具有广泛的适用性。数值法的验证采用了特殊构造的比例阻尼点条件，并与基于模态叠加法的求解结果进行了对比分析，且数值算例充分考虑了数值参数和系统参数的影响。计算结果表明:在不同边界条件和受载状态下，拉普拉斯法与模态叠加法均能合理地计算出基本阻尼梁系统的动响应曲线，且两者的求解精度保持在同一量级；同时，捕捉到拉普拉斯法的求解精度会受到系统长细比等参数的影响。拉普拉斯法具有比传统实、复模态叠加法更易操作的特性，但其精度受到了算法固有参数和阶跃外载型式的影响，稳定性仍需进一步提高。      

非相似余度作动系统设计及工作模式分析

非相似余度配置方式可省去中央液压源并有效克服共性故障,成为多电飞机的发展趋势.利用机械特性匹配的方法对变转速电动静液作动器和直驱式机电作动器组成的非相似余度系统进行总体设计.考虑舵面空气负载和连接刚度建立总体数学模型,对3种典型工作模式进行理论分析和仿真对比,再现带载情况下这3种工作模式的切换瞬态.同时提出电机电流内环零值控制的无载工作模式,控制器结构简单并且切换可靠迅速.分析结果对非相似作动系统的设计、工作模式和故障切换方法提供了理论依据.     

压电网络板的振动控制原理与控制效果

在给出压电网络板机电耦合动力学方程的基础上对其进行求解,将压电网络板的响应表示为子模态压电系统响应的线性组合.通过分析压电网络板在脉冲激励下子模态压电系统的响应行为,揭示压电网络板可以通过两种途径控制自身振动.基于对传递函数的分析进一步得到子模态压电系统的最优电学参数;在此基础上研究了针对某一阶子模态压电系统设计最优电学参数时,各阶子模态压电系统的响应行为以及压电网络板的多模态控制效果.研究结果表明,压电网络板具有多模态控制效果,特别地,当对板的某一阶次的振动控制具有较高要求时,通过对最优电学参数进行设计,电感电阻并联型压电网络板可满足要求.     

基于模糊奇偶方程的PL/INS导航系统故障诊断

提出了一种伪卫星(PL, Pseudolite)/惯性导航(INS, Inertial Navigation System)组合导航系统多故障识别方法.分析了PL的常见故障及其数学模型,采用模糊奇偶方程方法对PL的常见故障进行诊断、隔离和参数识别.采用Takagi-Sugeno(T-S)模糊模型描述PL/INS组合导航系统,对于局部线性化模型建立全解耦奇偶方程,并对奇偶方程的残差进行融合,得到全局残差.结合残差利用卡尔曼滤波进行故障参数识别,给出了参数识别的约束条件.仿真结果表明:针对导航系统中多个PL信号同时发生多种故障的情况,此方法能有效检测故障,并能准确识别出故障模型参数.      

挠性空间结构的密集模态特性及影响分析

挠性空间结构周期性构型引起的低频段模态密集问题给振动控制中的控制对象建模、传感器优化配置和控制方案设计等造成困难.本文推导密频结构模态不稳定特性的产生机理,随即证明模态不稳定特性引发模型不确知性,而后基于可控性Gram矩阵的奇异值分析了密集模态的低可控度,并通过分析剩余模态的作用机理,说明模态密集将加剧溢出问题.在分析密集模态特性及影响的同时,给出控制设计中应注意的问题及可能的解决途径,对密频挠性结构在轨振动控制设计具有重要参考价值.     

Development of a new cloud model for Venus (MAD-VenLA) using the Modal Aerosol Dynamics approach

For decades, clouds have remained a central open question in understanding the climate system of Venus. We have developed a new microphysical model for the clouds of Venus that we describe in this paper. The model is a modal aerosol dynamical model that treats the formation and evolution of sulfuric acid solution droplets with a moderate computational cost. To this end, the microphysical equations are derived to describe the evolution of the size distribution of the particles using the moments of the distribution. We describe the derivation of the equations and their implementation in the model. We tested each microphysical process of the model separately in conditions of the Venus’ atmosphere and show that the model behaves in a physically sound manner in the tested cases. The model will be coupled in the future with a Venus Global Climate Model and used for elucidating the remaining mysteries.