水空两栖涵道风扇推进器推力理论分析及实验验证

由水空两栖机器人的应用需求出发,从理论计算、仿真以及实验三方面设计了一种涵道风扇推进器.通过理论计算,分析了风扇和电机在2种介质中的工作曲线,提出了风扇推力系数和转矩系数的预估模型.通过选取适当的预估参数,得到了风扇和电机的设计参数.根据理论计算结果,选取了一种较为合适的风扇和电机的组合方式.为了验证理论计算的可靠性,对仅考虑扇叶的理想情况进行了CFD(计算流体动力学)仿真分析.为了研究实际的涵道风扇推进器的工作情况,还对考虑涵道整体表面结构的实际情况进行了CFD仿真分析.最后,对该组合方式的涵道风扇推进器进行了实验,得到了涵道风扇在水下和空气中的实测推力系数分别为1.47×10-4和2.48×10-4,实际情况下仿真结果与其的相对误差分别为10.9%和3.6%,接近于实验本身的不确定度;得到的空气中的推力可达55 N以上,水下推力可达245 N以上,均可以满足2种介质中的使用要求.     

极薄、超宽规格装甲板压力淬火工艺数值模拟优化

利用数值模拟的方法对极薄、超宽规格装甲板淬火过程的畸变进行了模拟研究,并对脉冲式压力淬火的控制参数进行了优化。通过对比不同冷却条件装甲板的变形量,确定了脉冲式压力淬火的脉冲压力和周期。结果表明,脉冲约束的模拟条件下,装甲板在厚度Z方向上的最终变形量为1.7 mm,不仅小于2 mm的标准要求,而且可以实现装甲板的小淬火畸变前提下满足其表面无压痕、划痕等其他损伤的实际生产需求。     

弹簧式无级变速链轮的设计

针对变速自行车需要手动换挡,而且手动换挡后存在传动比不匹配当前阻力状况的问题,提出一种利用弹簧力的连续性实现无级变速的机械式自行车无级变速装置的方案,并通过使弹簧力方向与阻力方向之间存在一个变化的夹角的方法,使主动链轮分度圆直径变化量与弹簧压缩量之间呈现非线性关系,扩大可无级变速的有效阻力范围。通过计算得出了主动链轮分度圆直径变化量与弹簧压缩量之间的函数关系式。最后,对方案进行仿真分析,获得应力云图,验证了本方案的可行性。     

埋地管道泄漏内封堵装置设计与研究

针对流体输送埋地管道泄漏问题,设计了一种利用管道机器人携带封堵气囊进行快速应急封堵修复的埋地管道泄漏内封堵装置。采用矩阵变换方法建立了牵引系统驱动轮过弯方程,利用MATLAB软件对过弯方程进行了验证,同时利用ADAMS软件仿真分析过弯路径与驱动轮转角对牵引系统行走速度的影响。研究结果表明:由两个串联封堵器组成的应急封堵系统可满足复杂工况下的管道泄漏封堵要求;牵引系统驱动轮在弯管内部行走时,单轮速度呈周期性变化,但三个驱动轮整体周期运动特性一致;驱动轮转角在25°~40°时,牵引系统行走速度与驱动轮转角成正比,且转角为30°时驱动效果最好。该内封堵装置的结构设计可为管道泄漏应急封堵领域装备的研发提供重要参考。     

旋切式PDC钻头水力结构优化

旋切式PDC钻头比常规PDC钻头的结构更复杂,工作原理也比较特殊,常规的数值模拟方法不能全面描述旋切式PDC钻头水力结构及井底流场特性。鉴于此,采用标准k-ε模型和离散相模型(DPM)对旋切式PDC钻头井底流场进行仿真模拟,并对钻头的水力结构进行优化设计,对优化前后旋切式PDC钻头的井底流场进行对比分析。研究结果表明:刀盘形状的改变有利于工作流体的流动,可以降低刀盘附近岩屑颗粒的质量浓度;采用带有曲率的喷嘴可以增强旋切式PDC钻头刀盘区域的井底清洗效果;当采用曲率为1/50的喷嘴时,刀盘区域的井底清洗效果最好;当采用中心喷嘴直径12. 0 mm和边缘喷嘴直径8. 8 mm的组合方案时,旋切式PDC钻头的清洗和携岩能力达到最优。研究结果对未来页岩气开采方式的研究具有一定的指导意义。     

基于AMESim的液压马达加载系统研究

液压马达作为液压系统的执行元件在工程机械上广泛应用,针对液压马达加载工况下的输出特性,利用Simulink和AMESim软件对系统进行联合仿真建模,并对系统的运行状态、控制性能、回收性能进行研究,对液压马达加载系统的设计和改进具有重要的参考意义。