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基于扫频检测的微机械陀螺耦合误差系数辨识

中国惯性技术学报 2024年第2期32卷 170-179页

作者：郑旭东夏陈浩王雪同佟文元浙江大学航空航天学院杭州310007

为减小微机械陀螺阻尼耦合、刚度耦合、力耦合误差的影响,提出一种基于扫频检测的微机械陀螺耦合误差系数辨识方法。首先,拓展了微机械陀螺动力学方程并建立误差模型,表明耦合误差造成陀螺输出不稳定且难以消除。其次,推导了耦合误差系... 详细信息

为减小微机械陀螺阻尼耦合、刚度耦合、力耦合误差的影响,提出一种基于扫频检测的微机械陀螺耦合误差系数辨识方法。首先,拓展了微机械陀螺动力学方程并建立误差模型,表明耦合误差造成陀螺输出不稳定且难以消除。其次,推导了耦合误差系数辨识方法,通过数值仿真分析了幅值、相位检测误差对辨识精度的影响,并给出不同误差系数下辨识结果的理论相对误差分布。结果表明,所提方法对耦合误差系数的辨识范围存在局限性;测量误差对辨识结果的影响不可忽略。最后,对某陀螺进行耦合误差系数辨识实验验证,结果表明:该陀螺力耦合系数、阻尼耦合系数、刚度耦合系数的辨识误差分别为0.542 ppm、6.09%、0.205 ppm;辨识曲线的拟合优度为0.99。

关键词：微机械陀螺耦合误差系数辨识扫频检测

连续流区非线性本构模型及求解算法研究与实验验证

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航空动力学报 2024年第3期39卷 115-126页

作者：曾舒华赵文文江中正陈伟芳浙江大学航空航天学院杭州310027

结合数值模拟和风洞试验技术,在高超声速连续流条件下对非线性耦合本构关系(NCCR)模型和由量纲分析推导得到的简化广义动力学(SGH)模型开展研究。基于小型高超声速风洞试验系统,在不同来流条件下对类HB2(hypervelocity ballistic model... 详细信息

结合数值模拟和风洞试验技术,在高超声速连续流条件下对非线性耦合本构关系(NCCR)模型和由量纲分析推导得到的简化广义动力学(SGH)模型开展研究。基于小型高超声速风洞试验系统,在不同来流条件下对类HB2(hypervelocity ballistic model 2)标模和钝锥模型的气动力和物面压力进行了风洞试验测量。同时在三维有限体积框架下,分别采用分裂算法和耦合算法的NCCR模型、SGH模型对试验工况下的标模开展数值计算。结果表明:NCCR模型和SGH模型得到的气动力系数和物面压力均与Navier-Stokes(NS)方程解一致,并与风洞试验数据吻合较好;采用分裂算法的NCCR模型在类HB2头部膨胀拐角处预测的摩阻/热流系数明显低于NS方程解,而采用耦合算法的NCCR模型解与NS方程基本一致。计算结果和实验数据对比表明,NCCR模型和SGH模型在高超声速连续流中的准确性得到充分验证,此外,NCCR模型的分裂算法在三维高速流动中的适用性需进一步完善。

关键词：高超声速流动风洞试验非线性耦合本构关系耦合算法分裂算法量纲分析

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垂直下降状态下螺旋桨气动特性及涡环特征

空气动力学学报 2024年

作者：高泽明邵雪明王家鼎曾丽芳黎军浙江大学航空航天学院浙江大学航空航天学院

螺旋桨在垂直下降状态下极易进入涡环状态（vortex ring state, VRS），从而引起复杂的空气动力学特性。采用黏性涡粒子方法（viscous vortex particle method, VVPM），对APC thin electric 10X7螺旋桨在不同垂直下降率下的气动特性和... 详细信息

螺旋桨在垂直下降状态下极易进入涡环状态（vortex ring state, VRS），从而引起复杂的空气动力学特性。采用黏性涡粒子方法（viscous vortex particle method, VVPM），对APC thin electric 10X7螺旋桨在不同垂直下降率下的气动特性和涡环特征开展研究。结果表明：螺旋桨气动特性容易受到下降率的影响，当下降率增加时，拉力呈现先略增大再减小后增大的趋势，同时尾迹压缩效应逐渐增强，涡环中心逐渐上移。在此过程中，涡环先后经历了悬停状态、涡环前期、涡环初期、深度涡环和类风车流动状态，涡环特征从管状螺旋下洗涡逐渐演变成螺旋涡与环形涡并存，再到完全涡环结构，最后涡系结构移动至桨盘上方。涡场拓扑结构的演变直接影响螺旋桨的气动特性，当桨盘附近尾迹为管状螺旋涡结构时，螺旋桨气动特性变化不明显；随着下降率的增加，逐渐演变出的环形涡会严重影响螺旋桨的气动特性，表现为拉力骤降，尾迹压缩效应增强，回流区包裹桨盘；随着下降率进一步增加，涡系结构到达桨盘上方，螺旋桨进入类风车状态，气动力逐渐增大。

关键词：涡环状态螺旋桨黏性涡粒子气动特性涡环特征

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适用于钢丝毛刷的非对称鬓毛模型及应用

固体力学学报 2024年

作者：钟炜翔金永斌金肖玲鲍荣浩黄志龙浙江大学航空航天学院

本文针对钢丝毛刷表现出的方向依赖性摩擦现象(非对称摩擦)，提出了一种基于鬓毛模型和LuGre模型的非对称鬓毛模型，其摩擦力由非对称刷毛与被接触基底之间水平方向相互无摩擦接触产生的。数值模拟和实验研究表明：非对称鬓毛模型能很... 详细信息

本文针对钢丝毛刷表现出的方向依赖性摩擦现象(非对称摩擦)，提出了一种基于鬓毛模型和LuGre模型的非对称鬓毛模型，其摩擦力由非对称刷毛与被接触基底之间水平方向相互无摩擦接触产生的。数值模拟和实验研究表明：非对称鬓毛模型能很好地说明方向依赖性摩擦现象，并在平面双足机器人的仿真研究中发现，与对称摩擦模型相比，此模型能提高机器人最大运动速度。此外，实验研究表明钢丝毛刷相比于橡胶材质具有高摩擦、高耐磨等优势。基于这些特性，钢丝毛刷结构在足式机器人领域有着较大的应用前景和潜在优势。

关键词：非对称摩擦鬓毛模型 LuGre模型平面双足机器人

基于二次本构关系修正湍流模型的曲面乘波进气道性能分析

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推进技术 2024年

作者：王刚张帅宋晓啸张继发郑耀浙江大学航空航天学院

高超声速飞行器要求前体与进气道一体化设计，目前已有众多前体/进气道一体化方案被提出，然而在高超声速进气道内精确有效的湍流数值计算分析方法仍有不足。本文实现了一种基于二次本构关系(Quadratic Constitutive Relation， QCR)的... 详细信息

高超声速飞行器要求前体与进气道一体化设计，目前已有众多前体/进气道一体化方案被提出，然而在高超声速进气道内精确有效的湍流数值计算分析方法仍有不足。本文实现了一种基于二次本构关系(Quadratic Constitutive Relation， QCR)的高精度、高效率的湍流修正模型(SA-QCR2020)。采用两种标准验证算例表明，SA-QCR2020湍流模型能够更接近真实的流动物理，对计算算例性能模拟更为准确。随后本文采用该修正湍流模型对曲面乘波进气道在侧滑角为0°、4°、8°，攻角为-8°、0°、8°工况下的性能进行了研究。结果表明，在设计工况下该曲面乘波进气道内从喉道处产生三维涡，并向后发展，并随流动扩散至整个流场区域。侧滑角对进气道起动后的性能影响不大，攻角对进气道起动后的性能影响较大，且攻角越大，前缘激波越强，对来流的减速增压作用越强。研究揭示了该曲面乘波进气道在非设计工况下的性能规律，并表明该进气道能够在大攻角，大侧滑角工况下保证飞行器推进系统有效工作。

关键词：曲面乘波进气道二次流进气道性能湍流模型数值模拟

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适用于钢丝毛刷的非对称鬃毛模型及应用

固体力学学报 2024年第4期 477-487页

作者：钟炜翔金永斌金肖玲鲍荣浩黄志龙浙江大学航空航天学院

本文针对钢丝毛刷表现出的方向依赖性摩擦现象(非对称摩擦),提出了一种基于鬃毛模型和LuGre模型的非对称鬃毛模型，其摩擦力由非对称刷毛与被接触基底之间水平方向相互无摩擦接触产生的.数值模拟和实验研究表明：非对称鬃毛模型能很好... 详细信息

本文针对钢丝毛刷表现出的方向依赖性摩擦现象(非对称摩擦),提出了一种基于鬃毛模型和LuGre模型的非对称鬃毛模型，其摩擦力由非对称刷毛与被接触基底之间水平方向相互无摩擦接触产生的.数值模拟和实验研究表明：非对称鬃毛模型能很好地说明方向依赖性摩擦现象，并在平面双足机器人的仿真研究中发现，与对称摩擦模型相比，此模型能提高机器人最大运动速度.此外，实验研究表明钢丝毛刷相比于橡胶材质具有高摩擦、高耐磨等优势.基于这些特性，钢丝毛刷结构在足式机器人领域有着较大的应用前景和潜在优势.

关键词：非对称摩擦鬃毛模型 LuGre模型平面双足机器人

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过载和攻击时间约束下的非线性最优制导方法

系统工程与电子技术 2024年第2期46卷 649-657页

作者：王坤段欣然陈征黎军浙江大学航空航天学院浙江杭州310027 浣江实验室浙江诸暨311800

考虑导弹过载受限条件下,对以期望时间为攻击目标的非线性最优制导问题进行了研究。首先,建立了非线性最优制导问题的理论模型,基于庞特里亚金极大值原理和饱和函数方法建立了最优轨迹的最优性条件。其次,根据最优性条件和哈密尔顿轨迹... 详细信息

考虑导弹过载受限条件下,对以期望时间为攻击目标的非线性最优制导问题进行了研究。首先,建立了非线性最优制导问题的理论模型,基于庞特里亚金极大值原理和饱和函数方法建立了最优轨迹的最优性条件。其次,根据最优性条件和哈密尔顿轨迹参数化方法,建立了最优轨迹的参数化微分方程组,使得通过数值积分即可生成从飞行状态到最优制导指令映射关系的数据集。然后,通过前馈神经网络对上述映射关系进行近似,实现了非线性最优制导指令的毫秒量级实时生成。最后,通过数值仿真验证了所提非线性最优制导指令生成方法的有效性。

关键词：过载约束攻击时间控制非线性最优制导哈密尔顿轨迹参数化前馈神经网络

基于扩张状态观测器的无人机云台系统控制算法

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计算机应用 2024年第2期44卷 604-610页

作者：高胡震杜昌平郑耀浙江大学航空航天学院杭州310027

针对无人机(UAV)三轴云台增稳控制中变量耦合的问题,提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的无人机云台系统控制算法。首先,建立了无人机机载云台期望角的姿态解算算法模型;其次,构建了无人机机载云台位置环和速度环的串级比例-积分-微分(P... 详细信息

针对无人机(UAV)三轴云台增稳控制中变量耦合的问题,提出一种基于扩张状态观测器(ESO)的无人机云台系统控制算法。首先,建立了无人机机载云台期望角的姿态解算算法模型;其次,构建了无人机机载云台位置环和速度环的串级比例-积分-微分(PID)控制回路;最后,引入ESO对机载云台角速度项在线实时估计,解决角速度项由于高耦合、多外扰导致的难以直接测量的问题,并对各通道的控制输入进行补偿。实验结果表明,所提算法在无指令、有指令和综合任务场景下的角度均方根误差分别为0.2357°、0.6317°和0.9463°,与传统PID算法相比,所提算法的角度误差分别降低了69.43%、53.29%和50.43%。可见,所提算法对外界扰动的抗干扰能力更强,控制精度更高。

关键词：无人机三轴云台系统串级PID控制扩张状态观测器自抗扰控制

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微流控芯片流体动压抛光工艺研究

中国机械工程 2024年第3期35卷 534-540页

作者：付振峰王振忠王彪厦门大学航空航天学院厦门361005

基于流体动压润滑理论设计了微结构抛光球,理论分析得出微结构在抛光球转动过程中会产生更大的流体动压力;利用Fluent分析了微结构类型、微结构尺寸对抛光产生的动压力的影响,通过MATLAB拟合Fluent的数据得到其产生的抛光力。得到微结... 详细信息

基于流体动压润滑理论设计了微结构抛光球,理论分析得出微结构在抛光球转动过程中会产生更大的流体动压力;利用Fluent分析了微结构类型、微结构尺寸对抛光产生的动压力的影响,通过MATLAB拟合Fluent的数据得到其产生的抛光力。得到微结构的较优参数后进行微流控芯片的区域抛光,微流控芯片平面区域表面粗糙度从1.330 nm降至0.658 nm,流道表面粗糙度从0.737 nm降至0.379 nm。由此可进一步探索流体动压抛光技术在微流控芯片确定性抛光中的应用。

关键词：动压润滑理论 Fluent求解超精密抛光微流控芯片