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基于多光谱数字图像相关的全场厚向应变测量

光学学报 2024年第11期44卷 66-73页

作者：赵华涛唐新桥陈振宁南京航空航天大学航空学院江苏南京210016

使用多光谱数字图像相关装置测量透明超弹性体的全场厚向应变。通过在透明试样前后表面预制2种荧光散斑,结合辅助棱镜与单个彩色相机的组合装置,在试样单侧实现了4个虚拟相机对厚度变化的同步观测。为了准确计算厚度变化,首先利用基于... 详细信息

使用多光谱数字图像相关装置测量透明超弹性体的全场厚向应变。通过在透明试样前后表面预制2种荧光散斑,结合辅助棱镜与单个彩色相机的组合装置,在试样单侧实现了4个虚拟相机对厚度变化的同步观测。为了准确计算厚度变化,首先利用基于斯涅尔定律的折射畸变校正与4个虚拟相机的位置关系,重构并统一试样前后表面的形貌坐标;然后,利用逆距离加权插值方法,将任意受力状态下局部坐标系中的前后表面三维离散数据进行插值,生成均匀且对称分布的插值点,建立前后表面点的一一对应关系;最后,逐点计算厚向应变,确定全场厚度变化的分布。所提方法成功用于上转换荧光响应二硫交联聚氨酯(DSPU)弹性体的大变形拉伸实验。

关键词：测量超弹性体透明材料全场厚向应变荧光散斑折射校正多光谱数字图像相关

共轴双旋翼/尾推桨/传动耦合系统动力学建模与固有特性分析

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航空学报 2024年第9期45卷 141-154页

作者：李博王潇南京航空航天大学航空学院南京210016 南京航空航天大学直升机动力学全国重点实验室南京210016

高速直升机采用了前行桨叶、降旋翼转速、尾推等技术来实现高速飞行,其中共轴刚性双旋翼、变转速传动系统、高功率输出尾推桨所构成的耦合系统给传统直升机扭振分析带来了新的挑战。针对高速直升机多模式复杂耦合扭振系统,提出了一种基... 详细信息

高速直升机采用了前行桨叶、降旋翼转速、尾推等技术来实现高速飞行,其中共轴刚性双旋翼、变转速传动系统、高功率输出尾推桨所构成的耦合系统给传统直升机扭振分析带来了新的挑战。针对高速直升机多模式复杂耦合扭振系统,提出了一种基于传递矩阵法的新建模策略。相比较于传统有限元方法建模策略,该方法无需对传动链进行当量化处理,也不需要基于哈密顿原理推导系统的整体控制方程,根据系统的拓扑结构即可直接写出系统的控制方程。此外,通过引入分叉虚铰链单元,将任意拓扑结构的传动链都解耦成多条相互独立的链式传动链,从而进一步显著降低了建模难度。最后基于该方法研究了高速直升机不同工作模式下的耦合扭振动力学。

关键词：高速直升机扭振传递矩阵法传动链动力学模型

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基于单目视觉的散堆铆钉识别与定位技术

计算机集成制造系统 2024年第2期30卷 424-434页

作者：喻强庄志炜田威李鹏程南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

针对自动送钉过程中散堆铆钉识别与定位困难的问题,提出一种基于单目视觉的识别与定位方法。通过研究铆钉的反射光强获得钉杆的灰度分布规律,以参数化的方式构造了铆钉模板,并提出基于灰度匹配的铆钉识别算法。将单目视觉与激光位移传... 详细信息

针对自动送钉过程中散堆铆钉识别与定位困难的问题,提出一种基于单目视觉的识别与定位方法。通过研究铆钉的反射光强获得钉杆的灰度分布规律,以参数化的方式构造了铆钉模板,并提出基于灰度匹配的铆钉识别算法。将单目视觉与激光位移传感器结合获取铆钉的空间位置,同时为解决单目视觉在测量不同深度下的铆钉位置存在原理性误差的问题,研究了一种重复定位拍照的测量方法,使真空吸嘴与钉杆中心的最大位置偏差由7.86 mm降低到0.87 mm。实验表明,灰度匹配算法的铆钉识别准确率在85%以上,并能适应30%~70%的照明亮度变化。使用该方法的机器人抓钉节拍最长为3.32 s,可留有充足的时间将铆钉输送至自动钻铆设备,满足自动钻铆设备的需求。

关键词：单目视觉铆钉识别模板匹配位置测量自动送钉

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双轴承旋转喷管型面设计及数值模拟研究

推进技术 2024年第5期45卷 95-106页

作者：李瑶徐惊雷潘睿丰张玉琪黄帅南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室江苏南京210016 南京航空航天大学能源与动力学院江苏南京210016

针对短距/垂直起降战斗机高机动飞行的迫切需求及其矢量喷管机械结构复杂笨重的问题,提出了基于轴对称双喉道气动矢量喷管设计的双轴承旋转喷管,通过采用双轴承结构和双喉道气动矢量喷管相结合的方式,减少驱动结构,使喷管能更高效、轻... 详细信息

针对短距/垂直起降战斗机高机动飞行的迫切需求及其矢量喷管机械结构复杂笨重的问题,提出了基于轴对称双喉道气动矢量喷管设计的双轴承旋转喷管,通过采用双轴承结构和双喉道气动矢量喷管相结合的方式,减少驱动结构,使喷管能更高效、轻便地实现短距/垂直起降,并且赋予了飞行器平飞模态高机动飞行的潜力。基于典型轴对称双喉道气动矢量喷管构型,开展了双轴承旋转喷管的型面设计和运动规律研究,利用数值模拟开展关键设计参数对喷管流场的影响研究,获得喷管的性能变化规律。结果表明,短距/垂直起降模态下,典型构型的双轴承旋转喷管推力矢量角最大可达108°,满足短距/垂直起降飞行器对喷管的要求。凹腔段的长短轴比值对喷管短距/垂直起降模态的性能影响较大,相同落压比条件下,长短轴比值越大,喷管的总推力系数越低,推力矢量角越大,并且推力矢量角最大差值达到41°。本文所提出的双轴承旋转喷管可为未来具备短距/垂直起降、高机动性能的飞行器动力系统提供一种新的解决方案。

关键词：短距/垂直起降双轴承旋转喷管双喉道气动矢量喷管气动性能数值模拟

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基于宏微复合标定的跨尺度零件测量方法

光学学报 2024年第6期44卷 269-281页

作者：宋瑞张益华崔海华南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

为了实现对跨尺度零件微小结构的尺寸精度和定位精度的同时测量,提出一种基于宏微复合标定的测量方法。建立不同尺度传感器组合式测量的标定模型,利用变焦扫描显微系统测量零件微尺度特征,利用双目系统测量定位显微设备,从控制坐标转换... 详细信息

为了实现对跨尺度零件微小结构的尺寸精度和定位精度的同时测量,提出一种基于宏微复合标定的测量方法。建立不同尺度传感器组合式测量的标定模型,利用变焦扫描显微系统测量零件微尺度特征,利用双目系统测量定位显微设备,从控制坐标转换精度的角度设计加工特殊的标定块,将其作为跨尺度中转坐标系,标定变焦扫描显微重建点云坐标系与测头坐标系的空间转换关系,从而将局部测量点云统一至一个数据集中以完成所有局部区域的整体拼接。与理论模型对比分析,所提测量方法的各孔圆心坐标分布圆度误差为0.0438 mm,平面度误差为0.0252 mm,对喷注器各孔位姿的点误差值小于0.029 mm,孔轴向误差小于0.1140°。与面结构光传感器重建结果对比分析,所提模型能够在保证高精度重建三维形貌的情况下,更加正确地获取跨尺度零件的尺寸和位置。

关键词：表面形貌测量跨尺度多传感器方法点云拼接

基于LC并联谐振的轴向自感式位移传感器设计

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浙江大学学报（工学版） 2024年第5期58卷 1072-1079页

作者：唐洪洲周瑾金超武徐园平南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

为了满足磁悬浮轴承面向更高精度的发展需求,提出基于LC并联谐振的轴向自感式位移传感器.通过增大谐振回路的等效电感变化率,提高传感器的灵敏度.分析传感器的工作原理.通过有限元仿真,研究传感器设计参数与灵敏度之间的关系.设计传感... 详细信息

为了满足磁悬浮轴承面向更高精度的发展需求,提出基于LC并联谐振的轴向自感式位移传感器.通过增大谐振回路的等效电感变化率,提高传感器的灵敏度.分析传感器的工作原理.通过有限元仿真,研究传感器设计参数与灵敏度之间的关系.设计传感器的测量电路,结合有限元仿真和数值仿真,分析LC并联谐振对传感器灵敏度的影响.搭建实验台,对传感器的静态性能进行测试.结果表明,相对于传统的位移传感器,提出的传感器具有更高的灵敏度与更低的线性度.

关键词：位移传感器并联谐振测量电路灵敏度磁悬浮轴承

考虑界面接触的磁悬浮轴承-转子系统建模及鲁棒控制

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西南交通大学学报 2024年第4期59卷 755-765页

作者：周扬周瑾王艺宇张越徐园平南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

磁悬浮轴承-转子系统中,螺栓连接装配形成的界面接触会在转子悬浮状态下激发弯曲模态振动,同时振动频率随转速明显变化.为实现全转速范围内对弯曲模态振动的主动控制,提出一种考虑频率不确定性的H∞鲁棒控制器设计方法.首先,通过建立考... 详细信息

磁悬浮轴承-转子系统中,螺栓连接装配形成的界面接触会在转子悬浮状态下激发弯曲模态振动,同时振动频率随转速明显变化.为实现全转速范围内对弯曲模态振动的主动控制,提出一种考虑频率不确定性的H∞鲁棒控制器设计方法.首先,通过建立考虑界面接触的动力学模型进行仿真预测,获得振动频率的变化范围;其次,通过频响拟合的方式对转子传递函数进行重构,并将仿真得到的振动频率变化范围以加性不确定性方式引入到重构传递函数中,得到考虑模态频率不确定性的被控对象模型;最后,基于该模型设计兼顾参数摄动和外力扰动的鲁棒性、闭环系统稳定性和防止控制电压饱和等多功能的H∞鲁棒控制器.数值仿真结果表明:该控制器在模态频率处具有宽频带阻的频响特性,能够抑制磁悬浮轴承转子系统的弯曲模态振动;采用该方法设计的H∞鲁棒控制器后,转子弯曲模态振动幅值最少减小90%.

关键词：主动磁悬浮轴承界面接触模态振动鲁棒控制

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高温磁悬浮轴承-转子系统建模与动力学分析

西南交通大学学报 2024年第4期59卷 746-754,822页

作者：金超武辛宇周扬赵瑞瑾周瑾徐园平南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

在多电航空发动机中,主动磁悬浮轴承因其耐高温、非接触等特性可以突破温度对支承部位的限制,使支承部位能够更靠近燃烧室.为探究温度对磁悬浮轴承转子系统动态特性的影响规律,提出一种高温磁悬浮轴承转子系统动力学建模方法.通过仿真... 详细信息

在多电航空发动机中,主动磁悬浮轴承因其耐高温、非接触等特性可以突破温度对支承部位的限制,使支承部位能够更靠近燃烧室.为探究温度对磁悬浮轴承转子系统动态特性的影响规律,提出一种高温磁悬浮轴承转子系统动力学建模方法.通过仿真得到转子在不同温度下的温度分布,并使用多项式拟合转子轴向温度分布;基于有限元方法推导柔性转子单元的动力学模型,引入温度影响,建立考虑温度影响的磁悬浮轴承转子系统整体动力学模型,并通过模态试验验证模型的准确性;基于理论动力学模型分析系统的动态特性.结果表明:温度升高会导致转子的前三阶支承模态频率下降,增大各阶幅频响应幅值;当温度从常温升至450℃时,转子的前三阶弯曲支承模态频率分别降低了3.818%、5.670%、3.183%,前三阶弯曲模态幅频响应幅值分别升高了83.4%、34.4%、24.1%.

关键词：有限元法高温特性磁悬浮轴承动力学分析航空发动机

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飞机积冰局部脱粘现象超声回波探测

振动．测试与诊断 2024年第1期44卷 166-171,205页

作者：张杨王渊王岩王逸斌朱春玲南京航空航天大学航空学院南京210016 南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016

热冲击会导致飞机蒙皮表面冰层局部碎裂和脱粘,针对目前无法有效测量冰层脱粘程度的问题,提出采用非接触超声脉冲回波技术对冰层脱粘程度进行评估。首先,采用PZFlex软件建立了包含超声传感器、飞机蒙皮与冰层的二维模型,研究了冰层内部... 详细信息

热冲击会导致飞机蒙皮表面冰层局部碎裂和脱粘,针对目前无法有效测量冰层脱粘程度的问题,提出采用非接触超声脉冲回波技术对冰层脱粘程度进行评估。首先,采用PZFlex软件建立了包含超声传感器、飞机蒙皮与冰层的二维模型,研究了冰层内部裂缝及冰/蒙皮界面脱粘区域尺寸对冰层超声脉冲回波信号影响规律,初步获得了冰层局部脱粘超声评估方法;其次,基于LabVIEW软件搭建了由加热控制模块、温度采集模块、超声信号发生及采集模块组成的地面冷环境实验平台,通过电加热膜产生热冲击造成冰层局部区域脱粘,验证了提出的冰层局部脱粘超声评估方法的可行性。在电加热功率密度为1.6 W/cm2的作用下,铝板-冰层界面温度由-24℃升至-4℃时,探测区域内脱粘面积达到62.8%以上。结果表明,采用非接触式超声脉冲回波技术可以有效评估探测区域内冰层局部脱粘程度。该方法可用于评估飞机除冰系统工作时冰层脱粘面积,为除冰控制系统提供可靠状态信息。

关键词：飞机结冰热冲击界面脱粘脉冲回波