滑靴副是水压轴向柱塞泵四个重要摩擦副之一,为保证良好的润滑,采用静压支承结构。通过雷诺数分析滑靴副内部流体流态,柱塞阻尼孔为紊流状态,其长度远小于层流状态,密封带水膜为层流状态,有助于减少泄漏和保证滑靴性能。建立滑靴副模型,运用FLUENT分析不同工作压力和不同流体性质下,流场的压力和流速分布,得出滑靴底部水腔内压力分布均匀且为压力最大区域,是主要承受外界负载的区域;密封带处水膜压力沿半径方向逐渐降低;水腔中心的流速远大于油腔中心的流速,其随工作压力的增大而增大,为滑靴的设计提供一定的理论依据。

针对油液含气影响油液流体属性,进而影响轴向斜柱塞泵流量特性的问题,在理论分析的基础上,利用AMESet自定义了流体属性、柱塞/斜盘作用通用子模型,仿真验证了流体属性通用子模型的适用性,并利用AMESim建立整泵仿真模型。仿真研究了不同油液含气量和柱塞倾角对斜柱塞泵流量特性的影响,结果表明:随着油液含气量的增大,泵出口平均流量减小,容积效率减小,流量脉动幅值和脉动率增大;随着柱塞倾角的增大,泵出口平均流量增大,流量脉动幅值和脉动率减小;且各变化均大致呈线性关系。

利用fluent软件的mixture(两相混合)模型及RNGκ-ε湍流模型,通过动网格、滑移网格模拟柱塞移动及缸体的转动,UDF(User Defined Function)设置流体的可压缩性,建立水压轴向柱塞泵有限元计算模型。发现柱塞腔的空化程度与m值(柱塞腔直径与缸体腰形孔当量直径的比值)有很大关系,并建立不发生空化mc值的数学模型。经仿真分析发现:m值越小,柱塞腔中空化度越小。斜盘倾角β、缸体角速度ω越大,柱塞腔中不发生空化区域越小。通过研究,合理选择m值,可以减小柱塞腔的空化,减小柱塞泵的振动,提高柱塞泵容积效率,对轴向柱塞泵的设计具有实际意义。

为保证踝关节康复机器人能为主动康复训练的患者准确提供任意性质的训练力,以气动肌肉冗余并联驱动踝关节康复机器人为对象,研究无误差力跟踪方法和主动训练柔顺控制策略。建立了踝关节康复机器人的动力学模型,基于阻抗控制理论研究了无误差力跟踪的轨迹规划方法,运用李亚谱诺夫稳定性理论提出了气动肌肉冗余并联驱动的柔顺控制策略,以助力和抗阻两种主动训练模式为例,进行了康复训练控制仿真,结果表明,所提出的力跟踪方法和柔顺控制策略不仅能确保主动训练的安全性,还能为训练提供任意而准确的助力和阻力。

气动布局的多目标优化是飞行器设计中的关键技术。以一种双后掠形状的乘波外形为基本构型,对外形参数进行了总体优化设计。采用NSGA-Ⅱ多目标遗传算法,以飞行器双后掠角参数作为设计变量,考虑了最大起飞重量、航程、容积率等性能指标,利用Elman神经网络函数建立外形参数与性能参数的相互关系,基于任务规划需求建立了约束条件。优化设计得到Pareto最优解集,并筛选出总体性能较优的个体。对总体性能较优的个体进行数据拟合,得到内后掠角Λ1=[60°,63°],外后掠角Λ2=[43°,44°]的设计能在全局范围取得较优解。

传统扑翼飞行器模型中机翼多数是二维刚性翼,且上扑、下扑过程完全对称。为进一步改良扑翼机气动特性,利用近似柔性思想,建立多段式机翼,达到近似柔性效果,加入急回特性,延长了下扑时间;并在原有扑动、扭转两个运动的基础上加入弯曲折叠运动,提出了一种“扑动-扭转-弯曲折叠”三维模型;将建立的模型导入Xflow,改变扑翼机模型的运动参数,对扑翼飞行器模型进行气动仿真,得出了多段翼多自由度扑翼飞行器升力系数、推力系数与来流速度、扑动频率、机翼初始迎角、内翼扑动幅值之间的非线性关系。

在仿鸟扑翼飞行器的设计中,扑翼的气动特性分析对样机的制作、试飞和控制有重大影响。分析了鸟类扑翼飞行扑动特点,给出了一种简易"挥拍-扭转-弯曲折叠"多自由度运动模型,利用XFlow软件在低雷诺数非定常流场情况下对多自由度扑翼飞行器进行三维数值仿真模拟,求解在扑翼扑动作用下的周围绕流空气的流场特性,分析飞行器扑翼截面形状、扑动频率和来流速度对流场的影响。给出的仿真结果可以对扑翼飞行器的研制和改进提供理论和技术支持。

研究以增大导弹落角为目标的过重力补偿比例导引律及其工程应用。将重力补偿信号作为加速度补偿指令引入线性比例导引回路,从而建立了仿真数学模型,分析了重力补偿系数、比例导引系数等参数对制导系统性能的影响,并根据遥测数据给出实际系统的过重力补偿系数、比例导引系数的辨识结果从而验证了理论设计结果,得到过重力补偿比例导引律的一般设计方法。

大型锻造水压机的电液伺服控制系统的可靠性和鲁棒性直接影响着水压机的使用、人身安全和锻件质量。针对50MN自由锻造水压机负载的不确定性,建立其电液位置伺服系统的数学模型,设计出动态鲁棒补偿器并结合传统的PID控制方法,利用MATLAB/SIMULINK软件仿真,结果表明动态鲁棒补偿器在水压机电液伺服系统中的应用很好地抑制了外负载干扰,提高了电液控制系统精度和稳定性。

在建立交流异步电机矢量控制、液压容积控制系统数学模型的基础上,建立在MATLAB/Simulink环境下的电气采用simpowersys库函数建模,液压采用传递函数联合仿真模型,实现变频调速和变量泵联合仿真,并进行仿真实验研究,结果表明采用复合控制,能提高系统的响应性能且节能,并指出系统发展应用的方向。