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侵彻弹引系统非线性动力学模型及响应特性

兵工学报 2024年

作者：郑卓扬董恒武海军贾桐庆杨冠侠黄风雷北京理工大学爆炸科学与安全防护全国重点实验室

为准确揭示和描述战斗部-引信系统（以下简称弹引系统）在侵彻典型目标过程中引信内部核心器件的过载环境及动态响应，基于空腔膨胀理论获得侵彻过程的弹靶相互作用，分析应力波在战斗部壳体内的传播效应，引入弹引螺纹连接的载荷传递... 详细信息

为准确揭示和描述战斗部-引信系统（以下简称弹引系统）在侵彻典型目标过程中引信内部核心器件的过载环境及动态响应，基于空腔膨胀理论获得侵彻过程的弹靶相互作用，分析应力波在战斗部壳体内的传播效应，引入弹引螺纹连接的载荷传递特性及缓冲材料的非线性响应模式，构建高速侵彻下弹引系统的非线性动力学响应模型，通过理论及实验方法确定模型参数，结合有限元数值仿真研究分析弹引系统的动态响应特性及弹靶参数对过载信号的影响机理和规律。研究结果表明：所建立的非线性动力学响应模型在时-频域特征上与数值仿真结果吻合良好，可更准确地描述高速侵彻下弹引系统的过载传递特性及引信内部器件的真实动力学响应，其响应模式主要为刚性过载和高频结构振动的耦合叠加，螺纹连接会进一步放大过载信号，聚氨酯材料在侵彻冲击环境下体现出一定的吸能滤波作用；弹引系统侵彻多层间隔目标相较于单一半无限目标时的过载信号更为复杂剧烈，弹靶参数决定了弹靶相互作用的频率特性，当侵彻多层间隔目标的弹靶作用频率的整数倍与弹引系统固有频率更接近时，加速度过载会出现峰值显著增大、振荡加剧及信号严重粘连等现象；研究成果为快速有效预测不同弹目特性下引信内部关键模块的真实响应和过载特性、评估其安全性及可靠性提供了合理途径，为弹引一体化设计及优化提供了技术参考。

关键词：弹引系统波动振动非线性动力学模型时频域特性

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基于主动压差调控的变增益流量控制原理

机械工程学报 2024年第4期60卷 134-142页

作者：王波赵星宇权龙赵斌李运帷郝云晓太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室太原030024 太原理工大学机械与运载工程学院太原030024

压力补偿控制流量方法,应用广泛、控制可靠,但受机械结构限定,存在控制精度低、功能单一、流量范围受限等不足,难以适应主机智能化发展。为此,提出基于主动压差调控的变增益流量控制原理,在补偿器阀芯上增设力控制单元,改变阀芯受力平... 详细信息

压力补偿控制流量方法,应用广泛、控制可靠,但受机械结构限定,存在控制精度低、功能单一、流量范围受限等不足,难以适应主机智能化发展。为此,提出基于主动压差调控的变增益流量控制原理,在补偿器阀芯上增设力控制单元,改变阀芯受力平衡状态,实现主阀压差的主动可调,达到变增益控制流量目的。研究中,首先理论分析压差调控的变增益流量控制原理,并给出比例电磁铁直驱方案;进一步设计扰动补偿策略,解决补偿器控制精度低的难题,设计非线性流量校正策略,自定义设定阀口流量曲线;最后,采用试验验证所提原理和控制策略的可行性。研究结果表明,通过连续控制比例电磁铁输出力,主阀压差、流量能够跟随变化,实时改变压差,主阀能够获得不同的流量增益和流量范围;补偿液动力后,流量控制精度提高,稳态负载下主阀流量控制偏差由补偿前的27%降低至4%;采用非线性流量校正策略后,可自主设定阀口流量曲线,基于同一阀口实现多种节流槽流量控制效果。

关键词：压力补偿器流量控制压差调控变流量增益液动力补偿非线性流量校正

空间机器人在轨组装多模块单元的对接力控制与地面实验

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力学学报 2024年第3期56卷 800-816页

作者：史玲玲肖晓龙张晓峰范立佳单明贺田强北京理工大学机械与车辆学院北京100081 中国空间技术研究院遥感卫星总体部北京100094 北京理工大学宇航学院北京100081

将空间结构模块化单元呈堆叠式发射后通过空间机器人实施在轨组装,是构建大型空间结构颇具前景的一种方式.空间机器人在轨组装空间结构模块单元过程中存在动力学模型复杂、对接力控制难和对接过程干扰强等问题.针对上述难点,分析了多模... 详细信息

将空间结构模块化单元呈堆叠式发射后通过空间机器人实施在轨组装,是构建大型空间结构颇具前景的一种方式.空间机器人在轨组装空间结构模块单元过程中存在动力学模型复杂、对接力控制难和对接过程干扰强等问题.针对上述难点,分析了多模块单元在轨组装接触情景,建立了空间机器人在轨组装的动力学模型和三维空间接触动力学模型,在此基础上采用了一种基于模型参考自适应阻抗控制的对接过程接触力控制方法.该方法根据力跟踪误差值实时调整顺应轨迹以适应复杂工况和抵抗外界干扰,从而使接触力准确跟踪期望值,以保证模块单元成功对接的同时避免物理接触对机械结构造成损坏.搭建了空间机器人组装模块单元的仿真平台和地面实验平台,对空间机器人动力学模型和控制方法进行了验证.实验结果表明自适应阻抗控制方法在多模块单元同步对接的复杂接触情景下,仍具有良好的力控制性能和环境适应能力.该方法可应用于(超)大口径太空光学组合镜组等空间大型结构在轨组装过程的力控制.

关键词：在轨组装多模块单元对接空间机器人自适应阻抗控制地面实验

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太阳系边际探测器自主技术需求分析

宇航学报 2024年第5期45卷 647-660页

作者：徐瑞李世震李朝玉田若冰朱哲陈建岳王帅北京理工大学宇航学院北京100081 深空自主导航与控制工业和信息化部重点实验室北京100081 上海宇航系统工程研究所上海201109

回顾了已有的太阳系边际探测任务及其自主运行技术的初步应用情况,归纳了太阳系边际探测任务的特点。结合发展和应用历程,分析了实现太阳系边际探测器自主运行所需的关键技术,并给出了各项技术的重点研究方向,包括不确定环境下的自主任... 详细信息

回顾了已有的太阳系边际探测任务及其自主运行技术的初步应用情况,归纳了太阳系边际探测任务的特点。结合发展和应用历程,分析了实现太阳系边际探测器自主运行所需的关键技术,并给出了各项技术的重点研究方向,包括不确定环境下的自主任务规划技术、超长周期高可靠性自主健康管理技术、极远深空环境自主导航技术、核电源系统自主运行管理技术、极端热环境下的自主热控技术和超远距离下自主通信与休眠技术,能够为太阳系边际探测任务的关键技术研究和任务实施提供参考。

关键词：太阳系边际深空探测探测器自主管理自主规划自主导航

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考虑船舶操纵性的无人艇路径规划方法

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第3期52卷 91-96页

作者：汪咏徐海祥冯辉余文曌武汉理工大学船海与能源动力工程学院湖北武汉430063 武汉理工大学高性能船舶技术教育部重点实验室湖北武汉430063

为使规划算法得出的路径更加符合无人艇操纵特性,基于人工势场法,结合船舶操纵方程提出了一种满足无人艇操纵性的路径规划方法.首先,根据无人艇的运动特性,在势场函数中加入障碍物相对方位角信息;其次,通过分析船舶的KT方程,设计了一种... 详细信息

为使规划算法得出的路径更加符合无人艇操纵特性,基于人工势场法,结合船舶操纵方程提出了一种满足无人艇操纵性的路径规划方法.首先,根据无人艇的运动特性,在势场函数中加入障碍物相对方位角信息;其次,通过分析船舶的KT方程,设计了一种无人艇航行时的动态转艏限制角,并将其与人工势场法相结合;然后,对比分析了改进后人工势场法和经典人工势场法的规划路径,结果表明改进后算法规划出的路径更为平滑;最后,利用传统LOS引导律和PID控制器对规划路径进行循迹仿真,进一步验证了改进后算法规划出的路径的优越性.

关键词：无人艇路径规划操纵方程人工势场法路径平滑

喷水推进两栖车辆水面航行特性试验与数值计算研究

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兵工学报 2024年第8期45卷 2629-2645页

作者：鲁航刘昊然陈泰然黄彪王国玉陈慧岩北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京机械设备研究所北京100854 北京理工大学重庆创新中心重庆401120

兼具陆上机动、水面航行及水陆交界地带作业能力的特种水陆两栖车辆,是未来多域协同系统中重要组成部分。以喷水推进两栖车辆为研究对象,基于船模拖曳水池试验,获得了弱约束条件下喷水推进两栖车辆的航行特性,建立了喷水推进器与两栖车... 详细信息

兼具陆上机动、水面航行及水陆交界地带作业能力的特种水陆两栖车辆,是未来多域协同系统中重要组成部分。以喷水推进两栖车辆为研究对象,基于船模拖曳水池试验,获得了弱约束条件下喷水推进两栖车辆的航行特性,建立了喷水推进器与两栖车辆一体化操控的数值计算方法,对喷水推进两栖车辆水动力性能展开研究并充分验证了数值计算方法的准确性,对比分析了两栖车辆设计航速下拖曳与约束自航条件下的航行特性。相比于常规的“船-泵”一体化研究,从两栖车的角度丰富了喷水推进器和水面航行体相互影响的研究。结果表明,约束自航条件下车体阻力相比无喷水推进条件下阻力增加17.6%,喷水推进器运行导致的车辆姿态变化是造成增阻的主要因素。约束自航条件与拖曳条件相比,虚长度延伸长度从-0.864 X/L(X为距车辆重心长度,L为两栖车总长)增加至-1.513 X/L。与此同时,鸡尾流波高高度与发散波面积显著增加,从0.037 H/L(H为波面高度)增加至0.061 H/L,增加了尾流场附近能量损失。

关键词：水陆两栖车辆喷水推进水池试验数值模拟航行特性

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高超声速气动加热下战斗部装药热-点火响应与典型结构热防护特性

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兵工学报 2024年

作者：闫铭王昕捷黄风雷尤飒北京理工大学爆炸科学与安全防护全国重点实验室北京理工大学长三角研究院

高超声速战斗部飞行时通常承受严重的气动加热问题，经过结构传热影响内部装药的热安全性。为此，采用有限体积法，针对高超声速战斗部使用双向流固耦合方法模拟其气动加热和结构传热问题。结合炸药化学反应动力学模型，开展了不同速度... 详细信息

高超声速战斗部飞行时通常承受严重的气动加热问题，经过结构传热影响内部装药的热安全性。为此，采用有限体积法，针对高超声速战斗部使用双向流固耦合方法模拟其气动加热和结构传热问题。结合炸药化学反应动力学模型，开展了不同速度和攻角下的高超声速战斗部气动加热温度场分布规律和装药热-点火响应分析。研究结果表明：高超声速气动加热和结构传热下战斗部飞行时弹体和装药温度最高处主要集中在头部，并向后、向内递减，不同攻角下，战斗部壳体以及内部装药温度呈现不对称分布，迎风面温度随攻角的增大而升高，背风面温度随攻角的增大而降低；引入化学反应动力学模型，马赫数6高超声速战斗部装药约35.4s在装药顶部发生点火，温度为574K，战斗部飞行速度越快，所受气动加热越严重，其装药点火时间越短；设计了一种典型热防护结构，使得战斗部在以高超声速飞行100s的过程中，外壳和装药温度平均降低79.12%和71.45%，并保证内部装药不点火；研究结果可为高超声速战斗部热安全性评估提供技术支撑。

关键词：气动加热结构传热点火响应温度场数值模拟

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水平井尾管完井与钻井一体化设计控制技术

石油勘探与开发 2024年第4期51卷 878-888页

作者：高德利鲜保安毕延森中国石油大学(北京)石油工程教育部重点实验室北京102249 河南理工大学资源环境学院河南焦作454000

针对水平井尾管导向钻井技术存在的钻机旋转系统负载大、地面扭矩传动效率低、使用与维护成本高等问题,提出了水平井双管柱尾管差速旋转钻进新方法,揭示了相应的技术原理,设计了双管柱差速旋转传动、复合旋转导向及悬挂器等井下专用工具... 详细信息

针对水平井尾管导向钻井技术存在的钻机旋转系统负载大、地面扭矩传动效率低、使用与维护成本高等问题,提出了水平井双管柱尾管差速旋转钻进新方法,揭示了相应的技术原理,设计了双管柱差速旋转传动、复合旋转导向及悬挂器等井下专用工具,优化了相关工艺流程;提出了导向钻具组合工具面控制方法,建立了水平井双管柱尾管差速旋转钻进延伸极限计算模型。结果表明:水平井双管柱尾管差速旋转钻进技术配备常规随钻测量仪器和螺杆钻具,通过调节钻柱转速可以控制导向钻具组合的工具面,实现了水平井双管柱尾管差速旋转导向钻进;基于鄂尔多斯盆地东缘深部煤层气水平井工程案例计算水平井双管柱钻进延伸极限,与常规尾管钻井方式相比,采用双管柱尾管差速旋转钻进方式显著增大了水平井延伸极限,为水平井尾管完井与钻井一体化设计控制提供了参考。

关键词：水平井尾管完井与钻井双管柱尾管差速旋转钻进工具面控制水平延伸极限

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空间站机械臂末端执行器用导轨设计与验证

北京理工大学学报 2024年第2期44卷 182-188页

作者：张文明杨旭王储胡成威北京空间飞行器总体设计部空间智能机器人系统技术与应用北京市重点实验室北京100094

针对滚珠直线导轨用于空间机构时的空间环境适应性问题,提出了空间机构用导轨设计方案,经导轨地面试验和产品在轨试验验证,该设计方案可以满足在轨使用要求,实现了导轨在真空、高低温等空间复杂环境下的长寿命应用.以空间站机械臂末端... 详细信息

针对滚珠直线导轨用于空间机构时的空间环境适应性问题,提出了空间机构用导轨设计方案,经导轨地面试验和产品在轨试验验证,该设计方案可以满足在轨使用要求,实现了导轨在真空、高低温等空间复杂环境下的长寿命应用.以空间站机械臂末端执行器用滚珠直线导轨研制为例,开展了导轨设计,并进行了导轨试验验证,确定了导轨采用滚珠溅射沉积MoS_(2)复合薄膜的固体润滑方案,间隙为0.04~0.05 mm,满足末端执行器在轨工作2000次以上的使用寿命要求.通过末端导轨试验可知,固体润滑的导轨载荷能力和使用寿命均显著下降,在空间机构用导轨研制过程中,须进行专项寿命试验,以验证导轨能否满足在轨使用要求.

关键词：机械臂末端执行器导轨设计验证