飞翼式碟形水下滑翔机流动与运动特性分析

为提高碟形水下滑翔机的水动力性能和滑翔经济性,提出一种新型飞翼式碟形自主水下滑翔机,采用计算流体力学中SST(shear stress transmission)湍流模型对其流体动力特性进行分析,得到其在0°~21°小攻角范围内升力系数、阻力系数、俯仰力矩系数以及升阻比的变化规律.并与模型实验结果进行对比,得出数值模拟结果与实验结果具有良好的一致性,验证了数值计算方法的有效性,且与传统水下滑翔机相比,飞翼式碟形自主水下滑翔机具有更优的综合水动力性能和滑翔经济性能.对于其运动特性,则基于多体动力学理论建立了该型水下滑翔机的动力学与运动学模型,并考虑了其内部纵向、横向调位滑块移动速度以及浮力驱动系统压载质量变化速度等调节变化的影响,代入数值仿真所得水动力系数,对该型水下滑翔机锯齿滑翔和螺旋滑翔等两种典型水下滑翔运动进行运动仿真.结果表明,该型水下滑翔机具有一定的运动稳定性,从理论上验证了其水下滑翔的可能.     

水下滑翔机的稳态运动速度分析

本文基于水下滑翔机的动力学模型,开展稳态运动仿真,并给出直线稳态运动和螺旋稳态运动中的运动速度统一描述方法。通过与已有结果的对比,验证本文仿真方法的正确性。通过改变单一控制输入参数,揭示了水下滑翔机各运动速度分量与滑块纵向位置、滑块转角和净浮力之间的变化规律。结果表明:滑翔机线速度在上浮和下潜运动中变化趋势相似,而转向速度在上浮和下潜运动中变化趋势存在明显差异;相比于下潜运动,滑翔机在上浮运动中易于获得更大的转向速度。     

喷水推进型水下滑翔机的水平翼参数配置及定常运动分析

以喷水推进型水下滑翔机为研究对象,对比理论计算、数值仿真和拖曳试验结果,验证数值仿真方法计算水动力的准确性.考虑水平翼对水下滑翔机滑翔效率和静稳特性的影响,通过设计正交仿真试验和利用惠克公式确定水平翼的参数配置.基于刚体六自由度动力学模型,建立喷水推进型水下滑翔机的动力学模型,对定常滑翔运动和水平面回转运动进行运动仿真.结果表明,滑翔运动时,随质心调节位移的增加,攻角减小、滑翔角和滑翔速度增大;水平面回转运动时,随舵角增大,回转半径和回转周期减小,并且航速越快,尾舵调节效果越好.研究结果对喷水推进型水下滑翔机的设计与应用具有指导意义.     

水柱测量中的水下滑翔机转向性能

为了实现水体的水柱测量,设计一种具备大范围俯仰角调节能力的水下滑翔机.该滑翔机利用多自由度重心调节系统,能同时实现常规滑翔与竖直剖面监测.研究扩大水下滑翔机在水柱测量点之间的间隔并提高转向过程的效率的方法.采用经过扩展攻角的水动力模型、计算流体力学方法、运动仿真以及湖水试验,分析不同的侧翼位置以及转向俯仰角对应的转向性能.试验与仿真结果表明,将侧翼位置远离尾翼并在转向过程中保持较小的俯仰角,能够减小转向半径,提高转向率以及整个滑翔过程在目标方向上的覆盖范围.湖水试验显示,相对于常规的27°转向俯仰角,使用更优的5°转向俯仰角可以使转向半径降低66%,使转向率提高330%,使目标覆盖距离提高77%.     

圆碟形水下滑翔机运动仿真分析

圆碟形水下滑翔机是一种新型的水下潜器,其全翼身外形使其具有全向运动特性。为了研究圆碟形对水下滑翔机运动性能的影响,本文基于动量(矩)定理建立圆碟形水下滑翔机的运动控制方程,采用四阶龙格-库塔法求解。分别对圆碟形水下滑翔机在垂直面内的直线运动、受外界小幅扰动运动和空间螺旋运动进行了仿真分析。仿真结果表明:圆碟形水下滑翔机的升阻比相比于鱼雷形水下滑翔机较高,其自身受到外界小幅扰动时具有一定的稳定性;空间螺旋运动的螺旋半径、螺距以及周期都远小于鱼雷形水下滑翔机,小空间内的机动能力得到了大幅提高。     

圆碟形水下滑翔机运动仿真分析

圆碟形水下滑翔机是一种新型的水下潜器,其全翼身外形使其具有全向运动特性。为了研究圆碟形对水下滑翔机运动性能的影响,本文基于动量(矩)定理建立圆碟形水下滑翔机的运动控制方程,采用四阶龙格-库塔法求解。分别对圆碟形水下滑翔机在垂直面内的直线运动、受外界小幅扰动运动和空间螺旋运动进行了仿真分析。仿真结果表明,圆碟形水下滑翔机的升阻比相比于鱼雷形水下滑翔机较高,其自身受到外界小幅扰动时具有一定的稳定性;空间螺旋运动的螺旋半径、螺距以及周期都远小于鱼雷形水下滑翔机,小空间内的机动能力得到了大幅提高。     

水下滑翔机李雅普诺夫稳定性分析

水下滑翔机作为一种新型的水下机器人利用了水平固定翼将净重力转换为前进驱动力,从而降低了水下机器人的功耗,在海洋科学研究、环境监测、资源探测和军事侦察等方面都具有广阔的应用前景。为了得到实际水下滑翔机稳定性与设计参数和控制参数之间的关系,将已建立的水下滑翔机一般数学模型应用于具体的实际水下滑翔机上。在此基础上将模型线性化,结合李雅普诺夫稳定性第一定理和第二定理,分析出水下滑翔机定常运动的动态稳定性随设计参数(初稳性高)和控制参数(姿态调节控制量)变化的规律。为水下滑翔机器人的设计和控制提供理论依据。     

一种联翼式水下滑翔机外形优化设计方法

为增大传统水下滑翔机的升阻比,提高水下滑翔机的运动性能,将航空领域先进的联翼布局与传统水下滑翔机相结合,提出了一种新型的联翼式水下滑翔机,并通过外形优化设计使得联翼式水下滑翔机具有更优的升阻特性.首先,对水下滑翔机主体进行数值仿真模拟,将得到的结果与试验数据进行对比,验证了数值模拟方法的有效性.其次,运用CFD仿真软件比较分析了正交错、负交错和联尾翼3种联翼布局外形的升阻特性,选择升阻比最大的正交错布局作为水下滑翔机的初始外形.然后采用描形参数化方法,建立了联翼式水下滑翔机外形的参数化模型.最后,以最大化升阻比为优化目标,构建Kriging代理模型并采用EGO算法对联翼式水下滑翔机外形进行了优化设计.研究结果表明:优化后的联翼式水下滑翔机外形相比于初始外形,升阻比提高了18.42%;相较于传统水下滑翔机,升阻比提高了23.45%,从而验证了联翼式水下滑翔机具有更优异的升阻特性.本文的研究成果为提高水下滑翔机的滑翔性能提供了一种新思路和途径.     

水下滑翔机的机翼位置与螺旋运动关系分析

建立水下滑翔机稳态螺旋运动的数学模型,采用数值方法求解该模型,得出对应5个机翼位置的滑翔机螺旋运动特性.结果表明,水下滑翔机螺旋运动的形式随着机翼位置的变化而变化.存在一个过渡性区域("分水岭"区域),当机翼位于这个区域前面时,水下滑翔机转向方向与机翼升力侧向分量方向一致,滑翔机按照正螺旋方式转向;当机翼位于这个区域后面时,水下滑翔机转向方向与机翼升力侧向分量方向相反,滑翔机按照反螺旋方式转向;当机翼位于这个区域内时,滑翔机的转弯方向具有不确定性,并与重心位置有关.无论滑翔机按照何种方式转弯,机翼离这个区域越远,转弯的速率就越高.湖中实验结果表明:机翼位置可以影响螺旋运动的转弯方向,且稳态试验数据与数值理论结果的误差≤15%.     

AUV运动控制系统的设计与组建

本文依据AUV的概念模型,设计并组建了基于80C52单片机的水下滑翔机运动控制系统.该系统通过单片机采集、反馈滑翔机的运动参数,从而驱动姿态、重力、方向调节模块,控制滑翔机在"低头下潜、抬头上浮"的俯仰调控中于水下呈锯齿状滑翔.且特色性地在两翼设置螺旋桨,提供前进与转向力,配合压力、霍尔、温度、超声波、倾斜开关等传感器,使机器在水中具有强机动性与高控制精度,为专用AUV提供了设计与技术思路.     

深海自持式剖面浮标浮力变化规律

为了分析海水温度、盐度、压力等环境参量对深海自持式剖面浮标净浮力的影响规律,以自主研发的4 000 m水深自持式智能浮标“浮星1号”为研究对象,建立理论模型,得到浮标整体变形量随压力、温度的变化规律. 通过压载试验及海上试验,验证了仿真模型预测结果的准确性和可靠性,得到浮标运动过程中的体积及浮力变化规律. 研究结果表明：温度对浮标体积的影响主要体现在较浅深度范围内,压力对浮标体积的影响随水深基本呈线性规律变化;浮标净浮力随着水深的增加呈非线性规律增加,在较浅深度的情况下,净浮力变化量主要受温度的影响,在较大深度的情况下,净浮力变化量主要受压力的影响;至4 000 Pa,浮标体积收缩总量为818 mL,净浮力增量等效质量为463 g.     

单盘外浮顶油罐自动通气阀溢油的原因分析

简要介绍了外浮顶油罐自动通气阀的结构形式和工作原理，将外浮顶罐浮盘未升起时浮盘与罐底之间的油气空间类比标准固定，顶罐容积确定热影响容积进行储罐通气量及通气阀通气面积的计算，根据流体稳定流动量方程推导出油品进入自动通气阀阀体内的高度计算公式，确定自动通气阀在通气面积一定时阀杆必须具有的设计高度，进而分析出一些已建油罐可能由于通气阀通气面积不够或阀杆设计高度不足而产生溢油的原因和今后设计应注意的问题。     

剖面浮标“浮星”可变浮力系统性能研究

为了提高柱塞泵的容积效率,针对可变浮力系统（VBS）中内油箱处于真空环境下的特殊应用工况,基于柱塞泵进油口压力与液压油饱和蒸汽压的关系,建立柱塞泵进油口压力数学模型,分析弹簧刚度、吸油管路直径和压载舱真空度对柱塞泵容积效率的影响;结合AMESim软件,重点分析VBS排油和回油的流量特性;为了验证仿真模型和计算结果的准确性,搭建VBS性能测试平台. 结果表明：当柱塞泵进油口压力低于液压油饱和蒸汽压时,容易发生气穴现象,柱塞泵的容积效率会明显下降;通过调节弹簧刚度、吸油管路直径和压载舱真空度等参数的取值范围,使进油口压力满足设计要求,可以提高柱塞泵的容积效率,降低剖面浮标的运行能耗,从而提高剖面浮标的续航能力.     

内浮顶储油罐机器人清洗工艺的设计

针对内浮顶储油罐传统清洗方法存在的清洗效率低、清洗不彻底和安全性差等缺陷,提出一种内浮顶储油罐机器人清洗技术.机器人清洗系统包括清洗机器人、人孔引导梯、卷放器、动力装置、监控装置、污水回收装置、气体置换装置和给水装置等部分.通过理论计算分析,并充分考虑罐内复杂的工作环境,设计清洗方式为180°水射流清洗以及定点清洗,机器人按照规划的行走路径依次在每一个工作点采用180°的水射流清洗模式进行清洗,定点清洗最终完成有效清洗范围对整个待清洗区域的覆盖.与传统的机械清洗技术相比,机器人清洗技术实现了非人员进罐和自动化清洗,安全,成本低,只需4~5人进行安装操作即可,清洗用时缩短了约1/3.     

车辆用内控可调速的液压优先阀设计

常规的液压优先阀在工作负载流量突变时,阀的动态响应存在一定的滞后现象,阀芯开启和关闭的响应速度均较慢,受限于保证压力稳定性和开启的响应速度在设计范围内,固定阻尼孔的设计尺寸较小,使得工况切换时,阀芯关闭速度慢,流经阻尼孔的补充油液流量小,无法满足系统快速补油的需求。为解决上述问题,在液压优先阀的主阀阀芯内部设计并集成了一个速度调节微阀,该微阀利用不同油液流动方向下阻尼孔不同的原理调节主阀的启闭响应速度,实现阀芯的缓开快关,根据阀内动力学方程,利用仿真对设计的微阀进行建模和优化,确定了最佳匹配参数并初步证明了设计的有效性。实验结果表明:通过合理匹配阻尼孔过流面积,当转向或换挡回路急需大流量时,速度调节微阀能够加快主阀的关闭速度,及时将辅路油液补充到主路,集成微阀相比传统主阀芯采用固定阻尼孔时的关闭速度提升了1倍;当转向或换挡完成后,速度调节阀能够实现主阀的开启速度比关闭速度慢,抑制压力冲击。速度调节微阀的设计解决了优先阀切换时主阀芯关闭速度慢的问题,有助于辅泵快速向主泵补油,满足系统工况改变的大流量需求,提升了系统的响应速度。     

电容法油罐多液位测量仪的研究

基于含水率不同的原油其有效电容介电常数不同的理论和油罐不同高度其含水率不同的特点，提出了一种粗线、实时测量原油分离罐多液位的方法.详细地介绍了测量原理、系统组成以及工作过程等，进行了理论分析和试验，取得了如期的效果.此油罐多液位测量系统对于掌握油田的油量和油罐的排水量有十分重要的实用价值.     

水下作业机械灵巧手接触力控制方案的研究

基于水下精细作业任务需求,阐述了手爪关节驱动形式的选择过程,满足水下作业灵巧手体积小、效率高、负荷大、结构相对简单的要求．并在此基础上,探讨了接触力控制液压回路设计的基本思路,双闭环接触力控制系统的工作原理．为了精确地控制手指与目标间接触力,液压伺服单元选用Moog公司的D633系列伺服阀,实现接触力连续控制．     

内边群抱倒装法在某工程中的应用

主要叙述了某工程应用内边群抱吊装法进行现场组对储罐施工,并与几种常用的储罐施工方法进行比对,该方法所用吊装机具采购方便,制作简单,成本低,且可以重复利用;高空作业少,安全,质量易于保证;占地少,可在较狭小的空间施工,并且适用储罐类型广,从而得出内边群抱倒装法施工的适用性更强,技术、经济效果显著．