提出一种新型压电驱动精密位移机构,着重介绍了其结构、工作原理和控制方法,分析了机构参数与输出性能之间的关系.该机构以压电叠堆为动力元件驱动流体,利用换向阀控制流体流向,通过执行缸两个腔体内流体置换的方法将压电叠堆的往复振动转换成执行缸的直线运动.调整电压或执行缸的参数可获得所需的进给步长和输出推力,具有精度高、易于控制、稳定性好等特点,适用于微位移以及较大行程范围内的精密进给运动.

为了深入研究尺蠖型压电驱动器的性能，分析了尺蠖型压电直线驱动器的工作原理，研究了直线动子对驱动器性能的影响．通过实验方法分析了钳位机构调整前后对钳住稳定性的影响．采用驱动器输出单步位移的步距失稳系数和驱动电压与输出位移拟合曲线斜率和截距偏差率的方法评价尺蠖型压电直线驱动器的运动稳定性．经实验测试发现驱动器的步距失稳系数与驱动电压关系密切，当驱动电压较高时，驱动器具有较好的步距稳定性．驱动器的驱动电压与输出位移拟合曲线斜率和截距偏差率分别为1．8％和9．07％，说明所开发的驱动器具有很好的运动稳定性．

合理的风洞高速列车实验模型对其气动评估和研究十分重要。采用计算流体力学方法,以开口式风洞和高速列车头车为对象,研究风洞实验头车最短尾部模型和合理缩比模型的选取方法。结果表明无侧风时头车阻力系数随着尾部模型缩短而增加,尾部负压前移使得车厢连接处压力降低,头车+0.4L尾部模型的头车阻力与3车编组头车偏差为2.8%,可作为头车气动最短实验模型。头车最大缩比模型选取受风洞边界效应、雷诺数效应和地面效应共同影响,其中雷诺数效应使得摩擦阻力减小,地面效应使压差阻力增大,18、14缩比模型与11模型头车的压差阻力偏差为12.7%和7.2%,压差阻力分别占头车总阻力63.9%、67.2%和72.5%。结果表明,对于开口式风洞选取14的头车气动实验模型更为合理。

基于成熟的明线上高速列车气动噪声计算模型和可压缩大涡模型,考虑声学无反射边界条件,利用计算流体力学软件Fluent建立无限长隧道内高速列车气动噪声计算模型,对比分析高速列车在明线上与隧道内运行时的流场组织结构和气动噪声源。结果表明高速列车在明线上与隧道内运行时具有类似的流场结构和气动噪声源分布规律,但隧道内的流场结构尺度与强度、气动噪声源强度均比明线上大;车速为350 kmh-1时,隧道内头车排障器尖点扰动区的速度幅值约为明线上的1.2倍,列车尾流区长度约为明线上的1.7倍,整车、1位转向架、头车流线型车底及中间车上部的等效声源声功率分别约为明线上的3.2倍、1.6倍、2.7倍和4.2倍;隧道内活塞效应并不是在全频率范围增加等效声源声功率,而是在包含峰值频率较狭窄的频率范围显著地增加等效声源声功率。

本文旨在对汽车后视镜-A柱区域气动噪声源的特征进行识别。首先,以涡声理论为基础,利用汽车气动噪声源主要为偶极子声源的声学特征,将气动声源等效为无数微球形声源组成。接着,利用声辐射和流场物理量之间的关系,结合气动数值仿真技术,建立了偶极子声源的识别方法,对汽车后视镜-A柱区域的气动噪声源进行识别。最后,基于物理量和声源的关系,揭示了偶极子声源的产生机理。结果表明,后视镜-A柱区域的主要偶极子声源出现在部件外形表面的棱线和转折位置,其物理量随空间的变化剧烈是产生气动声源的主要原因。涡量是声源强度的主要贡献者,但涡量ω和速度夹角θ对声源强度也有影响。

随着地铁列车速度提升至160 km/h,隧道环境下地铁列车表面气动激励显著增强。应用大涡模拟对隧道内160 km/h地铁列车脉动流场结构和表面气动噪声源进行数值仿真,定量评估全封闭设备舱设计对地铁列车气动声学性能的优化效果。结果表明全封闭设备舱设计能够疏导车底气流,使车底气流更多集中在转向架舱两侧溢出,同时引起车下主要涡结构尺度增大。对应的,列车整车车体气动噪声源能量减小约2.9%;其中头车、中车1分别增大5.7%和9.4%,中车2和尾车分别减小4.2%和13.8%,各节车体声源能量分布更加均匀;列车高频声源能量减小,整车800 hz峰值频谱能量减小约4.0%。研究成果将为160 km/h地铁列车气动降噪设计提供参考。

针对有无车轮低风阻电动汽车模型进行数值计算,并通过对两种模型是气动力、表面压力、速度场等计算结果对比,评估了有无车轮对低风阻车型气动特性的影响。研究表明车轮的存在使得整车气动阻力增大63.8%,其中各部件的贡献从大到小依次为前轮室、车身前部、背部、车底(负贡献)、后轮室;而升力增大一倍多,主要来源于车底的贡献;流场结果显示车轮对车身的气动作用体现在车轮带来的全局阻塞和局部尾迹两种效应的综合影响;后轮及后轮导流罩产生的尾迹会导致低阻车尾部涡环强度增强,回流区长度减小,背压降低。综合气动阻力、升力、压力分布和流场对比分析,明确了车轮的存在会给低风阻车型带来较大的气动特性变化。

研究了一种利用高速开关阀对节气门进行电子控制的系统方案.使用电液式执行器作为节气门控制的执行机构利用高速开关阀对执行器进行连续的流量控制.建立了控制系统的数学模型.关于高速开关阀的开启时间所引起的精确定位问题通过在控制器中加入非线性补偿环节的方法予以补偿.文中还对节气门位置控制中被控对象的主要影响参数进行了讨论.数字仿真和装车道路试验证明了该控制系统的实用性和可行性.

针对电液伺服阀电磁式前置级驱动器频响低的问题,提出了一种压电驱动型电液伺服阀前置级驱动器,该驱动器以压电叠堆(积层式压电微位移器)为驱动元件,通过基于三角形放大原理的柔性铰链放大机构,放大压电叠堆的输出位移.同时,设计、研制了实验装置,并在试制样机上对其静、动态特性进行了实验.研究表明,该驱动器具有线性良好、高分辨率、高频响等特点,由有限元分析得到的固有频率达到了1.201 kHz,实际测量的固有频率为1 kHz.

设计了一种新型直动式压电电液伺服阀。该阀采用压电叠堆执行器作为电-机械转换器提高了电液伺服阀的性能。并针对压电叠堆执行器固有的迟滞和蠕变非线性使得压电型电液伺服系统的输出精度降低传统的控制方法难以得到很好的控制效果的问题。提出了基于动态Preisach模型的前馈控制和PID反馈控制的一种复合控制方法。实验结果表明该方法能有效改善新型直动式压电电液伺服阀的输出精度。