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船舶舵机电静液作动器的分数阶线性自抗扰控制

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兵工学报 2024年第5期45卷 1514-1522页

作者：吕明明谢华伟钟伟万国龙涂超凡江苏科技大学机械工程学院江苏镇江212100 中国船舶航海保障技术实验室天津300131 中国船舶重工集团公司第七〇七研究所九江分部江西九江332007

为改善船舶舵机电静液作动器(Electro Hydrostatic Actuator,EHA)的抗扰性能,提出一种基于线性自抗扰控制和分数阶PD控制的融合控制方法。在建立驱动电机和液压系统数学模型的基础上,利用线性扩张状态观测器(Linear Extended State Obse... 详细信息

为改善船舶舵机电静液作动器(Electro Hydrostatic Actuator,EHA)的抗扰性能,提出一种基于线性自抗扰控制和分数阶PD控制的融合控制方法。在建立驱动电机和液压系统数学模型的基础上,利用线性扩张状态观测器(Linear Extended State Observer,LESO)估计EHA在不同工况下所受的内外总扰动,并证明LESO的有界稳定性;进一步采用分数阶PD控制作为控制律对所估计的总扰动予以主动抑制,控制参数由剪切频率和相位裕度等频率响应指标决定。利用AMESim和Simulink联合建立EHA仿真模型,通过分析可知,所提出控制方法在船舶航速分别为6 kn和8 kn时位移控制精度均约为1 mm。利用自研EHA搭建船舶舵机半实物试验装置,进行来回摆舵和突然换向试验,结果表明在负载扰动下和有突变换向情况时,所提出控制方法对操舵指令的跟踪均具有较好的快速性和稳定性。

关键词：船舶舵机电静液作动器线性自抗扰分数阶PD

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考虑等效参数变化的超级电容模型

船舶工程 2024年第8期 101-109页

作者：黄鹤宋蓓李雪莹徐冲伍浩坪上海齐耀重工有限公司中国船舶集团第七一一研究所

通过优化超级电容充电轨迹来提升充电效率是近年来超级电容在船舶领域应用研究中的一个研究热点。在分析超级电容等效参数变化规律的基础上，提出一种适合进行超级电容充电轨迹调控的物理-行为混合模型。该模型通过准在线参数辨识测试... 详细信息

通过优化超级电容充电轨迹来提升充电效率是近年来超级电容在船舶领域应用研究中的一个研究热点。在分析超级电容等效参数变化规律的基础上，提出一种适合进行超级电容充电轨迹调控的物理-行为混合模型。该模型通过准在线参数辨识测试获取电容等效电容和电阻参数，能充分反映超级电容的容压特性、阻流特性和老化等对等效参数的影响。仿真和试验结果表明：该模型具有精度高和参数辨识简便等优点，可为超级电容在船舶等领域的应用提供支撑。

关键词：超级电容容压特性阻流特性滞回特性物理-行为混合模型

混流式喷水推进泵空化流动及其诱导振动特性的试验研究

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振动与冲击 2024年第2期43卷 42-51页

作者：龚波张正川尹俊连许锐李宁王德忠上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 中国船舶工业集团公司第七〇八研究所喷水推进技术重点实验室上海200111

为了研究喷水推进泵内非定常空化流动及其诱导的振动特征,搭建了高速摄像与数字信号同步测量平台。对不同空化程度下的泵内空化流动、压力脉动信号、振动信号进行了采集和分析。引入经验模态分解及希尔伯特黄变换(Hilbert-Huang transfo... 详细信息

为了研究喷水推进泵内非定常空化流动及其诱导的振动特征,搭建了高速摄像与数字信号同步测量平台。对不同空化程度下的泵内空化流动、压力脉动信号、振动信号进行了采集和分析。引入经验模态分解及希尔伯特黄变换(Hilbert-Huang transform,HHT)对振动信号进行了处理和分析。试验表明:喷水推进泵叶顶区出现了叶顶间隙空化和叶顶泄露涡空化等空化现象;随着空化程度的加剧,叶顶区的空化结构先由丝状逐渐连接成薄片状,继而发展为云状;快速旋转的空化云会呈现出极不稳定状态,尾部发生脱落形成垂直空化涡(perpendicular cavitating vortices,PCVs);小尺度的垂直空化涡消散在流道中部;随着空化程度的进一步加剧,垂直空化涡尺度增大并向相邻叶片的压力面运动,造成喷水推进泵性能的下降。空化程度加剧对应的流动结构特征会导致压力脉动产生相应的变化,从而诱导振动的增加。经验模态分解和HHT结果显示片状空化及大尺度云空泡溃灭时会诱导高频区的宽频振动增大;空化云尾缘的低频脱落会产生垂直空化涡,诱导低频的压力脉动和振动的快速增加。希尔伯特边际谱上高频幅值,叶频和轴频幅值的变化特征可在一定程度上用来反映泵内的流动状态。

关键词：喷水推进泵试验研究空化流动结构振动希尔伯特黄变换(HHT)

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1561铝合金厚板力学性能不均匀性研究

热加工工艺 2024年第4期53卷 75-79页

作者：王腾达李利刘海彬袁晓冬张先锋王鹏云中国船舶重工集团公司第七二五研究所河南洛阳471023

以国产1561铝合金40 mm厚板材为研究对象,通过厚板拉伸、圆棒拉伸、布氏硬度、SEM等研究了不同批次40 mm厚1561板材的力学性能及微观组织。结果表明:当板材心部附近出现明显的析出带时,材料的塑性和强度明显下降,拉伸断口出现裂纹分层。

关键词： 1561铝合金厚板力学性能微观组织

混合润滑下齿轮啮合温度场仿真及其参数影响规律分析

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摩擦学学报 2024年

作者：张千喜肖正明周川谭红明王浩昆明理工大学机电工程学院云南省先进装备智能制造技术重点实验室中国船舶重工集团公司第705研究所昆明分部

考虑到齿轮在传动过程中通常处于混合润滑状态，采用边界润滑和弹流润滑摩擦系数的计算方法，结合粗糙峰承担理论，建立混合润滑状态下摩擦系数计算模型。以啮入点处最小油膜厚度为依据计算膜厚比，研究不同工况下齿轮所处的润滑状态。... 详细信息

考虑到齿轮在传动过程中通常处于混合润滑状态，采用边界润滑和弹流润滑摩擦系数的计算方法，结合粗糙峰承担理论，建立混合润滑状态下摩擦系数计算模型。以啮入点处最小油膜厚度为依据计算膜厚比，研究不同工况下齿轮所处的润滑状态。根据齿轮啮合原理、传热学理论，得到啮合线上摩擦热流量及不同齿面上对流换热系数。运用微分思想对啮合面进行条形区域划分，并构建单齿温度场模型，揭示不同条形数量、转速、转矩、粗糙度以及齿廓修形对温度场的影响规律。结果表明：运行工况及齿轮参数变化会引起润滑状态的改变；最小油膜厚度在啮合线上分布不均匀，主动轮啮入点以及单齿啮合区油膜厚度较小，润滑相对不良；齿面温度随着转速、转矩的增加而逐渐升高，平均温度增长率则随着转速、转矩的增加而逐渐减小，主动轮温升变化要大于从动轮，与转速相比转矩对齿面温升影响较大；齿廓修形可以削弱啮入啮出时的载荷冲击并使齿面温度分布更加均匀，采用齿廓修形和降低齿面粗糙度的方法可以适当降低齿面温度。研究结果可为齿轮传动摩擦磨损及齿面失效机理探索提供理论支撑。

关键词：混合润滑油膜承载比例摩擦系数膜厚比齿面温度分布

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海上重力式风机塔筒气动载荷监测方法

上海交通大学学报 2024年

作者：马福萱张金钊张猛朱凡曲先强哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨工程大学烟台研究院中国船舶重工集团有限公司第七〇四研究所

在海上风力机设计阶段，通常使用相关海域的统计数据来确定风速工况，以分析风机的气动载荷。然而，这种方法导致设计载荷与实际载荷之间存在不一致性，从而增加了结构疲劳评估的不确定性，给风机结构带来了安全风险。针对上述的问题，... 详细信息

在海上风力机设计阶段，通常使用相关海域的统计数据来确定风速工况，以分析风机的气动载荷。然而，这种方法导致设计载荷与实际载荷之间存在不一致性，从而增加了结构疲劳评估的不确定性，给风机结构带来了安全风险。针对上述的问题，本文提出一种海上重力式风机塔筒气动载荷监测方法，通过监测塔筒结构上的应变响应，结合动态载荷识别技术反演气动载荷分量的功率谱密度函数。而载荷识别的数学模型往往受到病态问题的困扰，为了降低或完全消除数学模型的病态问题，本文提出一种测点优化方法-半枚举法，通过优化结构测点位置，进而降低数学模型的条件数，使共振频率处的频响函数矩阵的条件数从1600降低到了28.45。然后，采用优化后的无病态数学模型匹配逆伪激励法识别气动载荷，并分别以原始载荷与识别载荷为输入，分析塔筒底部的疲劳损伤，分析结果表明当监测信号的信噪比为40dB以上时，损伤的相对误差不超过2%。

关键词：海上重力式风机风载荷识别数学模型病态问题病态消除半枚举法疲劳分析

主动参与惯性调频的船舶变频负载电机-电容协同控制方法

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中国电机工程学报 2024年

作者：胡思哲黄文焘邰能灵祝彦兵赵大成上海智能船舶综合电力系统工程技术研究中心(上海交通大学) 中国船舶集团第七零四研究所

针对船舶变频负载参与系统惯性调频的难题，本文提出变频负载电容储能-电机转速协同的模型预测控制策略，实现了变频负载中不同惯量资源主动响应和协同优化综合电力系统的动态频率。建立了系统频率-电机转速-电容电压状态空间方程，提... 详细信息

针对船舶变频负载参与系统惯性调频的难题，本文提出变频负载电容储能-电机转速协同的模型预测控制策略，实现了变频负载中不同惯量资源主动响应和协同优化综合电力系统的动态频率。建立了系统频率-电机转速-电容电压状态空间方程，提出了电机-电容惯量响应系统频率变化的控制机理；建立了考虑负载运行约束的系统频率预测模型，提出了计及频率动态响应以及电机-电容的最优调控性能的代价函数，并给出基于频率偏差约束的权重参数优化方法，实现了变频负载的主动响应及电机-电容的协同控制。建立船舶综合电力系统RT-LAB半实物仿真模型，试验表明所提方法有效提升了电机-电容的自适应协同能力，使变频负载充分参与频率动态调节。

关键词：惯性调频模型预测控制船舶综合电力系统变频负载电机转速稳压电容

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基于鼓泡-引射耦合的柴油初次雾化

燃烧科学与技术 2024年第1期30卷 43-52页

作者：董新宇方振昌李佳奇唐新程吕钊乔信起孙春华上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 中国船舶集团有限公司第七一一研究所上海201203

针对斯特林发动机小负荷燃油雾化不良问题,提出了基于鼓泡-引射耦合的雾化方式.基于VOF(Volume of Fluid)仿真研究了鼓泡喷嘴内气液流态,并依据时间线性稳定性分析,对射流液膜失稳和破碎进行数学描述,建立了鼓泡-引射耦合下的初次雾化模... 详细信息

针对斯特林发动机小负荷燃油雾化不良问题,提出了基于鼓泡-引射耦合的雾化方式.基于VOF(Volume of Fluid)仿真研究了鼓泡喷嘴内气液流态,并依据时间线性稳定性分析,对射流液膜失稳和破碎进行数学描述,建立了鼓泡-引射耦合下的初次雾化模型.分析了气液质量比RGL(gas-liquid mass ratio)、负荷对初次雾化的影响,并与传统雾化方式比较.结果表明:增大RGL会促进射流失稳、减小液滴粒径.相较于传统雾化方式,鼓泡-引射耦合下小负荷索特平均直径SMD减小约62%,雾化质量显著提高.

关键词：鼓泡-引射耦合初次雾化射流失稳气液质量比索特平均直径

基于改进Archard模型的往复机构循环磨损仿真分析

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海军工程大学学报 2024年

作者：王旋石章松孙世岩佘博秦奋起海军工程大学兵器工程学院中国船舶重工集团公司第七一三研究所

往复机构的健康状态对系统的可靠性和维护至关重要。以某型大口径舰炮发射系统的往复摆弹机构为具体研究对象，通过采用基于循环跳跃技术改进的Archard磨损模型，建立一套模拟往复磨损过程的仿真方法，实现了磨损过程的精确预测和分析... 详细信息

往复机构的健康状态对系统的可靠性和维护至关重要。以某型大口径舰炮发射系统的往复摆弹机构为具体研究对象，通过采用基于循环跳跃技术改进的Archard磨损模型，建立一套模拟往复磨损过程的仿真方法，实现了磨损过程的精确预测和分析。仿真表明：循环跳跃技术显著提高了仿真效率，减少了计算资源的消耗；由模型得到了磨损体积和接触压力的动态变化规律；模型预测的关键时间节点、磨损速率和磨损深度与实验情况相符，为往复机构的优化设计和维护策略提供了可靠的数据支持。

关键词：往复机构循环磨损 Archard模型循环跳跃技术