在工业生产中,机械手能够代替人手完成分拣、搬运、装卸等工作,不但减轻了工人的劳动强度,还可降低制造成本。本文设计了基于PLC控制器的气动机械手,包括气动机械手结构和控制系统设计。以西门子S7-200SMART型PLC为控制核心,利用WinCC flexible SMART V3软件设计触摸画面,实现对气动机械手的运行控制和对运行状态的监测,并对设计的控制系统进行调试。

对安装平板小翼和融合小翼后的风力机气动特性和流场分布进行了研究,探究不同小翼对额定工况下风力机总功率、叶片表面压力和叶尖流场分布的影响。结果表明:在叶尖增加小翼可提高风力机总功率,融合小翼具有较好的气动特性,其总功率比无小翼时提高了10.61%;小翼的存在使叶尖吸力面压力降低,叶片表面压差增大,与平板小翼相比,融合小翼叶片表面压差更大;小翼削弱了叶尖绕流强度,使局部诱导速度减小,气动攻角增大,并使叶尖涡的涡核位置远离叶片主体,有效减小了叶尖涡产生的不利影响。

采用基于运动嵌套网格技术的计算流体力学方法开展旋翼/机身气动干扰计算分析,研究了45°、90°、120°三个安装角度尾梁边条对直升机气动特性的影响。数值分析结果表明,悬停状态尾梁边条可为机身提供侧向力、增加机身扭矩,能够帮助尾桨卸载。其中,120°尾梁边条悬停状态增加机身扭矩效果最明显。且安装120°尾梁边条后直升机在前飞状态的气动特性基本没有影响。

以软体仿生舌为研究对象,针对多向驱动器的变形机理,开展了面向软体仿生舌的单/多向驱动器的弯曲特性研究。首先,设计了气动驱动软体仿生舌,其在单/多向驱动器的作用下可实现吐舌、翻舌、卷舌以及斜翻舌等动作;其次,为进一步研究驱动器的变形机理,开展了针对单/多向驱动器的结构及变形工作原理的研究;然后,基于Yeoh模型应变能密度函数,结合力平衡方程,建立了驱动压强和驱动器弯曲变形后曲率半径的非线性数学模型;最后,为验证理论模型的正确性,开展了软体仿生舌的仿真研究及相关实验验证,结果证明了理论模型的正确性。上述研究为其他基于气动驱动的软体结构变形机理的研究提供了理论基础。

气动截止阀广泛应用于液体火箭发动机试验,用来控制推进剂、冷却水、消防水、增压气等的输送,已成为影响试验过程的关键因素。介绍了一种一体式气动截止阀,分析了该阀的结构及工作原理,在此基础上根据使用经验对其进行了优化设计,并对优化后阀门的强度、密封性能、摩擦力等进行了校核。计算结果表明,优化后的阀门性能可靠。

研究了相同马赫数、相近雷诺数、不同口径(400 mm和2 000 mm)共形转塔的气动光学效应,系统地给出了发射方向不同时气动光学效应导致的光束倾斜角和光束质量因子的时间变化特性、统计特性以及时间相关特性。发现多数场景下气动光学效应中平均流场效应占主要部分,平均流场效应的特征频率由绕流流场的特征频率决定。尺寸效应的研究表明,缩比实验可以有效模拟实际飞行状态下气动光学效应的统计特性,但无法准确模拟其时间相关特性。开展了前向发射时发射方向的优化选择,指出发射方向在中轴线上天顶角约为40°时,气动光学效应导致的波前畸变统计值和涨落值最小,并且发射光束半径增加会导致平均流场效应快速增加,但湍流效应基本不变。

针对涡轮叶型全局优化设计计算时间长、样本空间大等难点提出一种可行的优化设计方法,该方法将控制叶型的17个参数作为优化变量,采用第二代多目标遗传算法进行全局自动寻优。基于此方法,搭建了涡轮叶型全局优化设计平台。利用此平台,分别采用轴向稠度固定和自由优化两种方式对超声速涡轮叶型进行了优化设计。数值计算结果表明,两组优化设计叶型在设计工况下总压损失系数比参考叶型分别低19.5%和10.0%,流道中的激波强度更弱,且在变工况条件下都具有较好的气动性能。深入分析流场与激波结构后发现,外尾激波相比于内尾激波对总损失的影响更大,通过减小气流膨胀转折角或内尾激波气流转折角能够有效削弱外尾激波强度。

气动产品作为工厂数字化、自动化以及自动化设备中不可欠缺的核心零部件,在智能制造领域起着非常重要的作用。凭借着成本优势和便捷特性,气动自动化仍然是当今自动化工厂中不可或缺的角色。然而,由于气动技术门槛不断降低,基础气动元件市场竞争日益激烈,单纯立足于气动技术本身的品牌和企业只能在红海市场中依靠价格优势生存。通过气动技术的不断创新和应用,可以使更多的自动化生产得以实现,带动了很多新智能设备的开发。特别是气电融合,为工业自动化提供了更广阔的选择。

基于FLUENT流体动力学软件对新月形覆冰双分裂导线绕流场进行了数值模拟,获得了各子导线阻力、升力及扭矩系数随子导线之间间距和风攻角的变化规律。进而利用ABAQUS用户自定义单元实现了随两子导线相对位置及风攻角变化的气动力、随子导线间间距变化的电磁力的施加,研究了随子导线间距变化的气动载荷以及电磁力对覆冰双分裂导线舞动的影响。分析了不同电流强度下双分裂导线的位移时程、运动轨迹、频率和子导线间间距时程等振动特征。结果表明,覆冰子导线相对位置变化对背风侧子导线的气动特性影响明显,电磁力及变化的气动力对分裂导线舞动特征的影响不可忽略。

为了提高气动加热与热防护结构传热多物理场数值模拟的稳态计算效率与计算精度,发展了一种基于有限体积法的气动加热与结构传热一体化数值计算方法。该方法将高速流场与结构温度场统一到同一物理场,基于统一的控制方程组,采用基于LU-SGS隐式时间迭代和自适应时间步长的有限体积方法进行求解,避开了传统气动加热与结构传热耦合求解方法在时间域内的所需繁琐数据交替迭代策略。对二维/三维钝体进行一体化数值计算分析,计算结果表明:二维钝体非稳态下,得到2s时圆管驻点温度最高达到390.2K,驻点热流密度和结构温度与参考文献和实验值吻合较好,证明了方法的可靠性和可行性。同时分析了三维钝体应用算例的流-固-热稳态计算特征,计算得到稳态时钝头体结构外壁表面最高温度达到535.6K,表明一体化计算方法可用于长航时飞行条件下的气动加热-......