柔性长鳍仿生装置波动控制技术

以“尼罗河魔鬼”柔性长鳍的波动运动为背景,主要研究了柔性长鳍仿生装置的波动控制技术。首先研究了柔性长鳍推进波产生原理及其技术实现方案;其次,针对仿生装置的实际系统建立了鳍面运动学模型,从中提取了能够实现柔性长鳍多种波动模式的波动控制参数,并对柔性长鳍几种特定波动模式的实现方法进行了仿真研究;进一步,根据仿生装置的物理约束条件提出了控制参数的合法性判据;最后,研究了柔性长鳍仿生装置的波动控制策略及其控制流程。研究结果表明柔性长鳍仿生装置通过合理设置控制参数能够模拟仿生对象的多种波动运动模式,并实现推进波的多参数控制,能够满足柔性长鳍多种波动参数下的非定常流体动力学测试的需要。     

柔性长鳍波动推进试验及分析

以依靠长背鳍推进的“尼罗河魔鬼”为研究对象,对柔性长鳍波动推进模式的运动学进行了研究。介绍了“尼罗河魔鬼”巡航游动试验的实验原理及方法,通过试验揭示了波动柔性长背鳍的形态学特征、运动特性及运动参数间的相关性,定性描述了“尼罗河魔鬼”正、逆向行进时背鳍产生波形的差异,在此基础上建立了柔性长鳍波动的运动学简化模型,利用细长体理论估算样本巡航游动时的水动力学效率大于83.12%。     

柔性长鳍扭波推进数学模型分析

以"尼罗河魔鬼"鱼的柔性长背鳍扭波推进模式为研究对象,通过观察活鱼的游动模式,提取影响扭波推进的运动学要素,建立了描述柔性长背鳍扭波推进时动态曲面的数学模型。研究了鳍条仰角与摆动规律对鳍面的影响。最后,用细长体理论分析并计算出推力分布。研究表明,鳍条仰角在φ=85°的情况下所形成的鳍面与垂直鳍条所形成的鳍面相比,其最大偏离值与鳍长之比为1.7%,可以用垂直于基线的鳍条制作模型;鳍条按正弦规律摆动时所形成的扭波波形鳍面与实鱼鳍面相似。     

水下仿生推进器阀控液压摆动关节建模与动态特性分析

采用液压驱动的模拟鱼柔性长背鳍波动运动的水下仿生推进器,当改变液压系统的流量和阀的控制参数时,其运动学参数能够迅速地做相应调整,实现平稳、流畅、连续的仿生运动。建立了阀控液压摆动关节的动力学模型,根据动力学模型得到系统传递函数,并绘制了Bode图。根据传递函数分析了阀控液压摆动关节的稳定特性、动态位置刚度特性和动态响应特性。结果表明阀控液压摆动关节具有一定的自稳定性,其工作频率与影响位置刚度的负载变化频率重叠,动态响应速度可以通过优化结构参数来调整。     

行波推进仿生机器鱼

介绍5种常见的鱼类游动模式,分析讨论仿生机器鱼的生物学原型。基于对裸臀鱼属(gymnarchus niloticus)与裸背鳗属(gymnotus carapo)活体鱼的实验研究,建立了长背鳍扭转行波动态曲面的数学模型。依靠长鳍行波实现推进与控制的新型仿生机器鱼,其基本结构是"刚性身体"与"柔性背鳍"的组合,这有利于改善现有摆动式机器鱼的技术性能。裸臀鱼属与裸背鳗属鱼类可作为发展特种机器鱼潜艇的生物学原型,以提高现行水下航行器的效率和机动性能。     

仿生扭波推进模型航行试验研究

为研究长鳍扭波推进的水动力性能,在对尼罗河魔鬼鱼形体构造、游动模式研究的基础上,研制了一种仿生长鳍扭波推进航行器.该推进器能逼真地模仿尼罗河魔鬼鱼长背鳍的扭波运动模式,产生强劲的水动力.在水池中开展扭波推进模型航行试验,得到了航行速度与扭波频率的关系曲线.该曲线表明:扭波推进模型的航行速度与扭波频率成正比.提出了一种测量机器鱼鱼鳍推水功率的实验方法,实验结果表明:扭波长鳍的推水功率与扭波频率的3次方成正比.     

基于运动学模型的灵巧成像卫星观测摆角算法

针对灵巧成像卫星对地面目标观测摆角的计算问题,考虑地球自转和卫星在轨运动等约束,利用空间坐标变换建立了基于椭球体的空间运动学模型.在此模型的基础上,给出了任意时刻卫星对目标观测摆角的计算方法.仿真结果验证了方法的正确性.任意时刻观测摆角的获取为灵巧成像卫星任务调度提供支持.     

“尼罗河魔鬼”长背鳍波动包络线的提取算法

"尼罗河魔鬼"采用长背鳍波动推进方式,属于典型的奇鳍/对鳍推进鱼类.在已有的理论模型中,细长体理论(Elongated-body theory)较为适合于分析该类游动方式的推进性能.长背鳍的波动包络线方程是细长体理论的必要参数.拍摄实验样本(MPC-I)的自由游动视频,从中选取多组平稳运动图像序列,经旋转校正、零点配准、尺度归一、小波去噪等预处理后,提取了柔性长背鳍波动推进时的顶端边缘轮廓样本曲线簇,进而给出了波动包络曲线的多项式拟合方程.实验结果表明长背鳍波动包络线提取算法是有效的,根据算法所提取的长背鳍波动包络线方程为后续的推进力及推进效率的分析奠定了基础.     

鳐鱼胸鳍模式的运动学建模与仿真

由于流场环境中的鱼类动力学建模困难,目前胸鳍模式研究进展受到制约.随着计算机的高速发展和数值计算的进步,将有限元建模应用于水动力学研究,近年来也成为热点.而利用有限元建模,必须进行对象的运动学建模.本文提出了鱼类胸鳍模式的运动学模型,通过物理特征和运动参数探讨了运动波形,简化了鳐鱼胸鳍模式的运动方程,利用运动方程作为模型的运动边界条件,对牛鼻鲼的有限元模型进行仿真,探讨了牛鼻鲼的运动规律,验证了运动学模型的有效性.     

仿生机器鱼运动学参数优化选择的试验方法研究

建立了仿生机器鱼在一维稳态游动时的运动学数学模型;运用遗传算法对该模型中的运动学参数如何进行优化选择和组合进行了试验研究,并提出了试验的模型和方法.该模型对于开展包括鱼雷在内的无人水下航行体的推进技术研究有较大的参考意义.     

用Matlab实现减摇鳍模糊控制器仿真

基于Conolly理论建立了船舶模型,以横摇角和横摇角速度为输入量,鳍角为输出量,应用模糊控制理论设计了减摇鳍模糊控制器;利用Matlab的fuzzylogic工具箱针对不同海情对控制器进行了仿真.结果表明,减摇鳍模糊控制器与传统PID控制器相比具有更好的控制效果.     

某新型远程AUV的视景建模及可视化仿真研究

在某新型远程自主水下航行器（AUV）的几何空间坐标方程和运动学数学模型的基础上，根据该新型AUV的组成和物理特性完成其在虚拟场景中的三维模型构建。该模型不仅可以准确反映AUV的各项物理参数和真实尺寸，而且可以在数学仿真的同时实现模型仿真的可视化，更加直观、生动和实时地反映AUV的位姿状态以及巡航、悬停和目标跟踪等过程。     

船舶零航速Weis-Fogh减摇鳍升力仿真研究

船舶减摇鳍在零航速时进行减摇是一种全新的理论。为了研究船舶零航速减摇鳍的升力特性,以Weis-Fogh理论为基础,建立了零航速减摇鳍升力模型,并针对哈尔滨工程大学研制的NJ5型减摇鳍对二维升力模型,在Matlab环境下进行了各种运动规律的仿真实验,结果证明,Weis-Fogh机构减摇鳍在零速流场中能够瞬间产生很大的升力,为以后进一步进行水动力试验以及控制规律的研究打下了基础。     

软管水面穿越河流的力学分析探讨

软管水面穿越河流具有铺设迅速,检修方便,容易掌握和使用等优点,尤其是对于不通航河流,是软质机动管线临时穿越河流的首选方式。准确计算软管所受拉力是可靠地设计穿越装备、管线安全施工及运行的关键。提出了软管水面穿越河流的计算假设,建立了力学模型,利用积分法导出了软管两端拉力的计算公式,指出了影响拉力的因素。     

地面无人作战系统机械臂运动学建模与仿真

以某地面无人作战系统中的机械臂为研究对象,探讨其运动学模型建立中的相关问题．结合该机械臂的结构特点,利用D-H方法建立其相应的运动学模型,并在该基础上求解机械臂的正、逆运动学方程．最后在Matlab环境下,借助Robotics Toolbox工具箱对该机械臂的结构和运动学问题进行验证和仿真．仿真结果表明：该设计方法是正确可行的．     

大中口径舰炮敏捷供弹系统虚拟样机仿真研究

文中提出了一套完整的大中口径舰炮敏捷供弹系统。应用三维实体建模软件PRO/E完成了整个供弹系统各个子系统的模型设计及建立;进行了装配检查,排除了零部件之间的干涉,完善了零部件设计;再利用PRO/E和ADAMS相结合,建立供弹系统各部分的驱动系统,并与实体模型结合,对此系统进行机构的运动学、动力学和驱动系统仿真,对设计的可行性和合理性进行深入研究.通过以上研究,建立了一个完整的大中口径舰炮敏捷供弹系统虚拟样机,为供弹系统的进一步深入研究以及实际生产提供了坚实的基础,同时给军械设计提供了一条高效率、低成本的设计方法.