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基于联合仿真的波浪能发电装置PTO系统参数优化研究

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船舶力学 2024年第2期28卷 229-238页

作者：何广华杨凯博栾政晓张志刚刘朝纲荆芃霖哈尔滨工业大学(威海)海洋工程学院山东威海264209 山东船舶技术研究院山东威海264209 哈尔滨工业大学机械工程学院哈尔滨150001

PTO(power take-off)系统是波浪能发电装置(wave energy converter,WEC)的重要组成部分。本文针对摇臂式波浪能发电装置,提出一种机械式PTO系统,考虑发电机负载与机械传动的影响,开展摇臂浮子水动力性能与PTO系统的联合仿真研究。分析... 详细信息

PTO(power take-off)系统是波浪能发电装置(wave energy converter,WEC)的重要组成部分。本文针对摇臂式波浪能发电装置,提出一种机械式PTO系统,考虑发电机负载与机械传动的影响,开展摇臂浮子水动力性能与PTO系统的联合仿真研究。分析摇臂浮子在不同行程工作模式下的运动响应,并对联合仿真模型的PTO系统参数进行优化。研究发现:在目标海况下,本项目设计的发电装置,双行程工作的WEC系统功率显著高于单行程工作状态,双行程WEC最佳功率对应的传动比约为72.5;单行程工作的摇臂浮子在低传动比(小于60)下的上升、下降功率近乎相等,随着传动比的增加,上升、下降行程的功率相较于双行程模式都分别递增,且下降行程功率大于上升行程功率。本文采用的联合仿真方法可为不同海况与各类振荡浮子式波能发电装置的设计与选型提供参考。

关键词：波浪能发电装置参数优化水动力性能联合仿真 AMESim

燃料电池燃气涡轮航空混合推进系统总体性能及匹配分析

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航空学报 2024年第10期45卷 160-173页

作者：姬志行王占学程莉雯秦江刘禾西北工业大学动力与能源学院西安710000 哈尔滨工业大学能源科学与工程学院哈尔滨150001

为大幅减小发动机耗油率,降低碳排放,提升飞机续航能力,提出了基于碳氢燃料的燃料电池燃气涡轮航空混合推进系统,通过预重整和高温燃料电池实现碳氢燃料的电化学利用并避免传统氢燃料电池飞机储氢困难、体积能量密度小的问题,另一方面,... 详细信息

为大幅减小发动机耗油率,降低碳排放,提升飞机续航能力,提出了基于碳氢燃料的燃料电池燃气涡轮航空混合推进系统,通过预重整和高温燃料电池实现碳氢燃料的电化学利用并避免传统氢燃料电池飞机储氢困难、体积能量密度小的问题,另一方面,利用燃气涡轮增加燃料电池功率密度,减小其体积和质量。以MQ-1无人机为匹配对象,通过建立推进系统质量和热力学性能模型,对混合系统进行了部件参数匹配分析。随着燃料利用率减小,燃料电池极化减小,换热器平均换热温差增加,因而混合推进系统质量急剧下降,耗油率大幅上升,该航空混合系统质量与总效率的优化方向相反。随压比增加,燃料电池功率和质量增加幅度较大,导致飞机载油量降低,但在燃料电池电流密度为常数时,对燃料电池和混合系统效率影响较小。设计条件下,混合系统中燃料电池和换热器占据混合系统质量的主要部分,超过70%。相比原型内燃机动力,混合推进系统质量约增加40%,但热效率可提高约111%。此外,混合推进系统可满足飞机在爬升阶段和巡航阶段的功率需求,装备该动力的无人机续航时间可提高97%。

关键词：燃料电池低碳航空混电飞机氢能动力性能匹配长航时

复杂曲面微织构五轴联动激光微铣削精密加工技术研究

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机械工程学报 2024年第15期60卷 368-378页

作者：李鹤赵学森张俊杰马文启胡振江孙涛哈尔滨工业大学精密工程研究所哈尔滨150001

激光微加工被广泛用于制备平面功能表面微织构,具有质量高、成本低和效率高等优势,但是在加工曲面微织构时存在烧蚀范围有限、光束入射角频繁变化而导致加工质量低等问题。为了实现曲面工件高质量表面微织构的高精度激光加工,提出一种... 详细信息

激光微加工被广泛用于制备平面功能表面微织构,具有质量高、成本低和效率高等优势,但是在加工曲面微织构时存在烧蚀范围有限、光束入射角频繁变化而导致加工质量低等问题。为了实现曲面工件高质量表面微织构的高精度激光加工,提出一种将多轴联动精密运动平台与纳秒脉冲激光束耦合的多轴联动激光微铣削加工方法,采用激光束与曲面法线恒定重合的策略来实现高质量曲面微织构的激光微加工。首先,解析研究平面-曲面微织构的投影变化法则、激光-曲面相互作用点位置和姿态调整的运动学特性,确定激光加工轨迹的离散约束条件。其次,提出激光束与曲面法线恒定重合的加工策略,设计并研制了五轴联动激光微铣削机床,通过开发虚拟仿真环境确定其加工性能。最后,开展复杂曲面微织构的五轴联动激光微铣削加工实验和表征,在高陡度小尺寸的不锈钢曲面工件上制备了形状复杂的高精度表面微织构。研究结果显示,采用多轴联动精密运动平台与纳秒脉冲激光束耦合的加工方法可以实现曲面微织构连续且均匀地激光微加工,为在高陡度小尺寸复杂曲面上制备高质量微织构提供了一种可行方法。

关键词：曲面微织构激光微铣削五轴联动运动位姿调控

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多翼瞬态差速展开机构设计与动力学参数优化

机械工程学报 2024年第15期60卷 113-122页

作者：翟广庆肖洪郭宏伟陶建国刘荣强邓宗全哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001

针对空间机构对少驱动多输出及快速作动需求,提出了单驱动多翼瞬态差速展开机构,具有瞬态响应、单输入、多输出、过程差速、同步到位的特点;分析了在火工驱动下,机构瞬态运动,机构参数对各曲柄输出到位冲击及机构传动效率的影响;为解决... 详细信息

针对空间机构对少驱动多输出及快速作动需求,提出了单驱动多翼瞬态差速展开机构,具有瞬态响应、单输入、多输出、过程差速、同步到位的特点;分析了在火工驱动下,机构瞬态运动,机构参数对各曲柄输出到位冲击及机构传动效率的影响;为解决不同输出运动过程中相互干涉问题,实现多输出差速运动、同步到位,确定了上曲柄输出与左曲柄输出运动角位移约束条件,同时,以降低火工驱动下各曲柄输出到位角速度与提高展开机构整体传动效率为优化指标,对差速展开机构进行参数多目标优化;分析并求解了优化后的展开机构动力学特性及各曲柄输出角速度变化,结果显示不同曲柄输出可实现差速同步到位;对比了参数优化前后的机构指标,优化后的机构展开到位时间、到位能量冲击等都有明显改善;搭建了多翼瞬态差速展开机构样机进行实验测试,将实验获得各曲柄输出角速度与所建立动力学模型求解结果进行对比,验证了动力学模型的合理性及机构的可行性。

关键词：瞬态机构差速机构参数优化动力学

新型并联谐振直流环节软开关逆变器改进调制策略

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电工技术学报 2024年第2期39卷 487-500页

作者：李思杨明马宇宋天佑徐殿国哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院哈尔滨150001 北京机械设备研究所北京100854

针对新型并联谐振直流环节软开关逆变器的辅助电路运行过程中电流应力高、导通损耗大的问题,提出一种基于不连续的脉冲宽度调制且采用斜率正负交替锯齿载波的改进调制策略。与原调制策略相比,首先,该文所提调制策略在保留辅助电路动作... 详细信息

针对新型并联谐振直流环节软开关逆变器的辅助电路运行过程中电流应力高、导通损耗大的问题,提出一种基于不连续的脉冲宽度调制且采用斜率正负交替锯齿载波的改进调制策略。与原调制策略相比,首先,该文所提调制策略在保留辅助电路动作频率最小化优点的基础上,不仅实现了全部开关管的软开关,而且将第二辅助开关管的电流应力降为谐振电流峰值。然后,通过合理的参数设计,进一步降低辅助电路电流应力,从而减少辅助电路损耗。然后,根据所提调制策略分析工作原理、对比不同文献、规划参数设计、进行损耗分析。最后,使用SiC MOSFET制作一台5 kW/40 kHz通用样机,通过实验验证所提调制策略对原拓扑效率提升与电流应力降低的有效性。

关键词：并联谐振直流环节辅助电路调制策略电流应力导通损耗

基于多种群遗传算法的航天复杂系统测试任务调度

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计算机集成制造系统 2024年第4期30卷 1255-1262页

作者：胡涛申立群付晋黄昌彬哈尔滨工业大学仪器科学与工程学院哈尔滨黑龙江150001 首都航天机械有限公司北京100076

针对航天复杂系统型号较多,传统测试流程与调度设计只能人工定制化排布,效率较低且未有效优化,同时,考虑到航天复杂系统快速测试的迫切需求,提出一种基于多目标遗传算法的航天测试流程自动生成方法。该方法在测试项集合明确的前提下,将... 详细信息

针对航天复杂系统型号较多,传统测试流程与调度设计只能人工定制化排布,效率较低且未有效优化,同时,考虑到航天复杂系统快速测试的迫切需求,提出一种基于多目标遗传算法的航天测试流程自动生成方法。该方法在测试项集合明确的前提下,将测试项抽象为离散事件,以测试总时间和测试资源均衡度为优化目标,充分考虑航天器测试的诸多约束,将其作为遗传算法执行过程中交叉或变异的禁忌项。在初始种群确定后,对测试流程和调度方案进行自动生成和优化。对算例的仿真结果表明,该方法相对于同实验条件下的传统半串行测试方法和单目标优化方法,测试总时间或资源均衡度得到了较大提升。在进一步扩展优化目标和约束项后,该方法可有效提高航天复杂系统测试过程的快速响应能力和可靠性。

关键词：流程优化多种群遗传算法并行任务调度航天复杂系统测试

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基于全驱系统理论的航天器姿轨预设性能控制

航空学报 2024年第1期45卷 13-28页

作者：刘明范睿超邱实曹喜滨哈尔滨工业大学卫星技术研究所哈尔滨150001

针对航天器对空间目标近距离绕飞背景下的姿轨一体化控制任务,考虑惯量参数不确定性与轨道摄动的影响,提出一种基于全驱系统参数化方法与自适应神经网络的预设性能控制方法。基于Lie群SE(3)描述刚体航天器近距离绕飞空间目标的六自由度... 详细信息

针对航天器对空间目标近距离绕飞背景下的姿轨一体化控制任务,考虑惯量参数不确定性与轨道摄动的影响,提出一种基于全驱系统参数化方法与自适应神经网络的预设性能控制方法。基于Lie群SE(3)描述刚体航天器近距离绕飞空间目标的六自由度运动,建立精确且简洁的航天器姿轨一体化误差动力学模型;通过引入指数形式的预设性能函数,先验定量地约束航天器姿轨状态误差的动态和稳态过程;考虑到航天器相对运动模型的非线性特性,设计了基于全驱系统方法的反馈控制项,使闭环系统成为具有可配置特征结构的常线性系统,降低了后续控制器设计难度;进一步设计了包括自适应神经网络项的积分滑模控制器,以实现存在惯量不确定性和轨道摄动情况下的航天器高精度一体化控制;此外,利用改进粒子群算法进一步优化控制器参数,提高了控制器的工程应用性。数值模拟结果显示,在所提出的控制方法作用下,能够实现高精度姿轨一体绕飞,航天器状态轨迹始终处于预设性能包络内且控制输出无明显抖振,证明了所设计控制器的有效性和可应用性。

关键词：全驱系统方法 Lie群SE(3) 航天器姿轨一体化控制预设性能控制改进粒子群优化

基于改进神经网络和Fluent的气液固技术的内表面处理

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吉林大学学报（工学版） 2024年第6期54卷 1537-1547页

作者：李光保高栋路勇平昊周愿愿上海航天精密机械研究所上海201600 哈尔滨工业大学机电工程学院哈尔滨150001

针对目前航空、航天工件内孔表面有凸起毛刺且不容易去除的问题,提出一种气液固多相流技术方法。基于Fluent数值分析对多相流下的不同气体压力、水流速度和磨粒浓度参数进行流体仿真,得到影响加工的近壁区内表面处的磨粒速度、相对压力... 详细信息

针对目前航空、航天工件内孔表面有凸起毛刺且不容易去除的问题,提出一种气液固多相流技术方法。基于Fluent数值分析对多相流下的不同气体压力、水流速度和磨粒浓度参数进行流体仿真,得到影响加工的近壁区内表面处的磨粒速度、相对压力及磨粒体积分数参数,采用MATLAB软件利用BP神经网络对各参数进行拟合,通过BP预测模型再运用PSO(粒子群算法)在支配解集中求解满足约束数学模型的气液固三相流最优输入值,基于最优输入值搭建试验平台并设计L9(33)正交试验对工件内表面进行加工,最后通过白光干涉仪测量加工前后的内孔表面精度,验证了仿真最优参数与试验加工最优参数的一致性,运用最优参数值下的气液固流体对工件内表面加工,经测量显示,内表面精度提高了75%,满足航空航天工件的应用要求。

关键词：机械制造工艺与设备气液固技术流体仿真神经网络粒子群算法正交试验

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高密度烃在冲压发动机再生冷却中适用性研究

推进技术 2024年第1期45卷 124-133页

作者：李立翰鲍文秦江于彬付蒙哈尔滨工业大学能源与动力学院黑龙江哈尔滨150006 北京动力机械研究所北京100074

为了研究高密度烃是否适用于宽域可调亚燃冲压发动机再生冷却,分析了高密度烃再生冷却关键表征指标及其实验方法研究现状,然后模拟再生冷却系统典型冷却通道结构,在背压3.5 MPa和6.0 MPa工况下,采用单管直流电加热实验系统,开展了HD-01... 详细信息

为了研究高密度烃是否适用于宽域可调亚燃冲压发动机再生冷却,分析了高密度烃再生冷却关键表征指标及其实验方法研究现状,然后模拟再生冷却系统典型冷却通道结构,在背压3.5 MPa和6.0 MPa工况下,采用单管直流电加热实验系统,开展了HD-01高密度烃热沉及结焦特性研究。研究结果表明:在3.5 MPa背压实验中,出现了燃料温度振荡、管路热声振荡和外壁温度异常升高现象;而在6.0 MPa背压实验中,未发生管路热声振荡现象,燃料温度和外壁温度升高过程均较为平稳。3.5 MPa背压和6.0 MPa背压两种工况的HD-01高密度烃600℃热沉均大于1.8 MJ/kg,在整个实验温度范围内,热沉上升速率变化不明显,表明在600℃内燃料的裂解率不大。在600℃进行长时间加热结焦实验时,加热管进出口压差非常稳定,均没有超过30 kPa,没有出现结焦堵塞使压力急剧上升的情况,表明HD-01高密度烃在600℃以内结焦率很低。从热沉及结焦特性两个关键指标分析可知,HD-01高密度烃适用于最高马赫数5.0的宽域可调亚燃冲压发动机再生冷却。高密度烃用于再生冷却时,冷却通道的设计压力应高于其临界压力值3.6 MPa,并留有足够裕度,以保证发动机再生冷却在全域全温范围内稳定可靠工作。

关键词：冲压发动机高密度烃再生冷却热沉结焦实验研究