一种对固定频率运动优化的圆锥算法

经典圆锥算法的精度具有随着圆锥运动频率降低而提高的单调特性.在实际应用环境中,捷联惯导系统的运动可能主要处于某个固定的频率范围内,系统的圆锥误差主要由此频率范围内的角运动产生.基于经典圆锥算法设计公式,修改了算法误差设计原则,补充了两条不同的基于固定频率的算法优化原则,从而设计得到了一种新的优化的圆锥补偿算法.优化算法误差特性不再单调,而是在设定的频带内具有误差极小点,因此可有效提高捷联系统的姿态解算精度.优化算法不改变经典圆锥算法的结构形式,不增加算法实现难度.误差分析和姿态仿真表明,在经典圆锥运动下,优化算法能有效改善捷联系统在任意设定频率处的姿态解算精度一到两个量级.     

路面横倾角度对人体步进摩擦的影响

预防滑摔是步进摩擦研究的主要目的,但现有研究集中于水平路面和上下坡,对横倾路面研究较少. 通过采用自制步进摩擦试验平台测试人体在横倾路面上行走时的摩擦力、足偏角和步态周期,计算必要摩擦系数. 结果表明:随着横倾角度的增大,重力的侧向分量增大,导致侧向摩擦系数增大并起主要作用,侧滑风险升高,可调整重心向低侧偏移以减小必要摩擦系数,从而降低滑摔风险;低侧脚足偏角减小,高侧脚足偏角增加,可增加低侧脚足偏角的方法增加动态稳定域以提高行走时的稳定性;路面横倾增大了侧滑风险,人体自适应平衡机制随之减缓步速,并缩短较危险的单支撑期和延长较安全的双支撑期以防止滑摔.      

极低风速下热线测量的方向特性

在风速为6～30m/s的范围内,许多研究表明可近似认为热线探针的偏角因子K1和倾角因子K2不随风速变化,倾角θ对K1及偏角ψ对K2也近似认为没有影响,一般采用k1≈0.2,K2≈1.02.然而在极低风速下,特别是1m/s以下,由于热线的传热机理发生变化,所以K1和K2也出现了显著的变化.本文对单丝探针和双丝探针方向特性进行了探讨性的研究,实验表明,风速小于3m/s时,K1和K2随速度发生变化,且θ对K1以及ψ对K2都有影响.当取ψ和θ为90°时,K1和K2在整个角度范围内计算速度的误差较小.     

MINS/GPS一体化紧组合导航系统

采用基于MEMS技术的低成本IMU和GPS作为传感器,以DSP和FPGA分别作为计算和通信器件,实现一体化紧凑型的紧组合导航系统.除去外接天线,整个导航系统尺寸为12cm x 12 crx11.6 cm.算法方面,采用扩展卡尔曼滤波器,以伪距、伪距率误差作为观测量进行实时滤波估算导航系统的状态量,进而修正系统误差.采用双子样优化的圆锥效应和划船效应补偿算法,实现100Hz的导航数据输出.通过静态和跑车实验验证,该系统的静态水平定位误差为0.2 m(CEP),动态水平定位误差优于10m(CEP),俯仰角和横滚角误差为0.3°,航向角误差为0.5°.     

高精度捷联姿态算法设计

捷联惯性导航系统一般采用圆锥补偿算法来消除圆锥误差的影响,从而提高姿态计算的精度.圆锥补偿算法大致有两种设计思想:首先是基于误差最小化原理,利用Borze旋转矢量进行设计;其次是基于二重积分,利用Goodman-Robinson有限转动定理进行设计.根据这两种设计思想,对二子样优化算法和二子样修正算法进行了详细地推导,然后综合这两种算法的优点形成了一种高精度的捷联姿态算法,并进行了仿真验证.仿真结果表明,改进后的捷联姿态算法在不增加子样数的同时,对圆锥误差的补偿精度大大高于二子样优化算法和二子样修正算法.     

关于激光捷联惯性导航系统姿态算法的分析

圆锥误差和量化误差是激光捷联惯性导航系统姿态解算误差的两个最主要的误差源.从分析圆锥误差产生的机理出发,分别分析了以角度和角速度为计算参数的圆锥误差补偿算法,并对量化误差对圆锥误差补偿算法的影响进行了研究.通过理论分析和数字仿真,得出在实际工程应用中,采用角速度为输入信息的激光捷联惯性导航系统姿态算法应该在考虑量化误差的情况下,采用以角速度为计算参数的圆锥误差补偿算法.     

传动装置密封环摩擦磨损性能研究

为分析车辆传动装置密封环在高速高压工作环境下的磨损失效,利用自主研制的试验台研究了速度、接触压力和介质油温对密封摩擦副摩擦磨损特性的影响;利用扫描电子显微镜观察了磨损程度不同的密封环端面的表面形貌,并探讨了其磨损机理.结果表明,在设定的试验条件下,密封摩擦副的摩擦系数随着压力的增大和转速的升高先急剧减小再降幅减缓后趋于稳定,而压力对摩擦状态的影响要比转速显著.密封环端面温度与摩擦状态之间存在相互影响的特征.密封介质性质同样影响着密封环的摩擦状态.在稳定磨损阶段,密封环的磨损机理以磨粒和黏着磨损为主导,当进入到剧烈磨损期后,磨粒磨损和疲劳磨损的影响更为突出.     

考虑幅相频畸变的激光惯导圆锥补偿算法设计

激光惯导系统中角速度测量元件激光陀螺通过抖动轮安装在台体上,从频域角度看,其输出信号与台体真实的运动在幅值和相位存在微小畸变,这种畸变会引起圆锥补偿算法误差。为减弱该误差项,提出一种考虑激光陀螺幅相频特性的圆锥补偿算法的设计方法。在传统圆锥补偿算法的基础上,改进的算法在设计过程中针对激光陀螺的谐振频率,结合惯导系统减振器的设计带宽,采用加权最小二乘的FIR滤波器设计思路,优化圆锥补偿算法的相关系数。最终,仿真试验结果表明在标准圆锥运动环境下采用改进的圆锥补偿算法,相对算法误差由31%减小到0.04%,为高精度激光陀螺惯导系统圆锥补偿算法的优化设计提供了理论支撑。     

变基线约束的GNSS单频单历元姿态测量新算法

针对基于值域的GNSS姿态测量算法没有考虑工程应用中基线小动态变化的问题,推导了模糊度反约束值域搜索算法的搜索误差模型,研究了该误差模型对算法成功率的影响,分析了利用基线残差最小固定模糊度在工程应用中的不可靠性,提出了变基线约束的单频单历元姿态测量新算法:以基线长度小动态变化为约束,以惯性导航设备(INS)提供的粗略方位角、俯仰角为辅助,通过对基线长度、俯仰角、方位角三维搜索确定模糊度搜索域,以基于模糊度残余最小的无参化目标函数固定模糊度。试验结果表明,新算法能够在基线动态变化±10 cm、方位角偏差±5°、俯仰角偏差±5°情况下,实现模糊度的单频单历元固定和载体高精度姿态测量,并具有较高的成功率。     

基于DRBF-EKF算法的车辆质心侧偏角与路面附着系数动态联合估计

车辆质心侧偏角和路面附着系数是实现车辆底盘智能化所需要的关键参数. 车辆质心侧偏角对于提高车辆安全性和操控性至关重要, 轮胎-路面附着系数决定轮胎力的峰值, 进而确定汽车的动力学稳定性边界. 本文针对四轮独立驱动电动汽车提出了一种基于惯性测量单元、轮毂电机内置转速/转角传感器的车辆质心侧偏角和路面附着系数动态联合估计方法. 对四轮独立驱动电动汽车进行车辆动力学分析, 结合Dugoff轮胎计算模型得到车辆质心侧偏角估计器; 利用机器学习中高维数据降维PCA多元分析方法, 提取主元特征参数, 建立路面附着系数估计器. 采用可自适应调节网络结构的双径向基神经网络和扩展卡尔曼滤波DRBF-EKF方法, 通过K-means算法改进RBF神经网络结构, 扩展卡尔曼滤波进行噪声滤波提高估计精度, 实现车辆质心侧偏角和路面附着系数的动态联合估计. 通过仿真和实车实验表明, 所设计的DRBF-EKF动态联合估计器实时性和估计精度均优于扩展卡尔曼滤波算法, 可以适应车辆行驶过程中路面附着特性与车速的变化, 表现出较强的鲁棒性; 与DRBF方法相比, 显著提高了估计精度; 并且分析了可以同时满足估计精度和实时性要求的最佳隐含层神经元个数.      

测试基准倾斜对辨识加速度计数学模型精度的影响

建立了考虑测试基准倾斜时加速度计的数学模型。用初始安装误差角辨识理论及算法，在一定范围内消除或减弱了测试基准倾斜对加速度计数学模型辨识精度的影响。该方法可以降低对测试设备地基和调平装置精度的要求，降低其测试和标定成本，提高测试工作效率。     

激光多孔端面气体非接触机械密封稳定性分析

基于气体润滑理论,采用与螺旋槽端面密封的对比分析方法,研究了均匀分布激光加工多孔端面气体非接触机械密封的稳定性,数值分析了密封间隙、不对中角度和外界扰动对开启力、泄漏量、气膜刚度以及密封间隙扰动振幅等密封参数的影响规律.结果表明:多孔密封中的动压效应微弱,开启力与气膜刚度与转速无关,密封端面开启时容易发生接触磨损;多孔密封端面压力分布均匀,不对中引起的开启力波动幅度小,但是角向容易产生自激振动,密封环外侧容易发生接触磨损;多孔密封轴向气膜刚度较小,具有更小的扰动振幅,密封端面开启后有利于保持密封间隙的稳定,减少密封端面的接触摩擦.     

基于光照区太阳敏感器和陀螺辅助修正的微小卫星磁测技术

微小卫星经常用磁强计作为姿态测量的主要部件,磁强计的测量精度是影响微小卫星定姿性能的重要指标。为提高磁场估计精度,采用太阳敏感器和陀螺对磁强计误差进行辅助测量与修正,推导了磁强计误差估计方法,在光照区以太阳敏感器与陀螺输出作为俯仰滤波器观测量,估计出卫星俯仰角度和角速度。再采用最小二乘方法,利用滤波输出量对磁强计误差进行估计,估计的结果进入滤波器对磁场输出进行测量修正。仿真表明该方法简单易行,姿态角精度提高了1°左右,角速度精度最高提高了0.003(°)/s左右,并增强了卫星稳定性,有利于成像等任务的完成,有效提高了微小卫星导航系统性能。     

Experimental study of wings undergoing active root flapping and pitching

This paper presents the results of experiments carried out on mechanical wings undergoing active root flapping and pitching in the wind tunnel. The objective of the work is to investigate the effect of the pitch angle oscillations and wing profile on the aerodynamic forces generated by the wings. The experiments were repeated for a different reduced frequency, airspeed, flapping and pitching kinematics, geometric angle of attack and wing sections (one symmetric and two cambered airfoils). A specially designed mechanical flapper was used, modelled on large migrating birds. It is shown that, under pitch leading conditions, good thrust generation can be obtained at a wide range of Strouhal numbers if the pitch angle oscillation is adjusted accordingly. Consequently, high thrust was measured at both the lowest and highest tested Strouhal numbers. Furthermore, the work demonstrates that the aerodynamic forces can be sensitive to the Reynolds number, depending on the camber of the wings. Under pitch lagging conditions, where the effective angle of attack amplitude is highest, the symmetric wing was affected by the Reynolds number, generating less thrust at the lowest tested Reynolds value. In contrast, under pure flapping conditions, where the effective angle of attack amplitude was lower but still significant, it was the cambered wings that demonstrated Reynolds sensitivity.     

核主泵用流体动压型机械密封耦合模型与性能分析

以某型核主泵用流体动压型机械密封为对象,考虑密封环组件的接触和密封端面的流固耦合作用,建立了密封组件三维多场耦合模型,结合有限差分法和有限单元法,采用数值迭代技术进行了耦合场的计算.研究了高压下密封端面变形的特点和规律,分析了密封压力对密封性能的影响作用.结果表明:密封环端面产生径向收敛锥度和周向波度,高压侧密封深槽对密封端面周向波度的生成起重要作用,密封端面锥度的形成与密封环宏观结构密切相关.随密封压力的增大,密封端面收敛锥度和波度均增大,密封泄漏率增加,而端面摩擦系数减小.为在高压下形成较大的波度,建议将动压深槽加工在软质密封环端面上.     

The spray characteristics of a pressure-swirl injector with various exit plane tilts

The gasoline spray characteristics of a pressure-swirl injector were investigated with various exit plane tilts. The analysis focused on the correlation between tilt angle and flow angle. Mie-scattering technique and phase Doppler anemometry were employed to analyze the macroscopic spray development and droplet size distribution of the spray. An analytical method for mass flux estimation was applied to understand the velocity distribution at the nozzle exit. The results showed that the spray shape and velocity distribution of the spray were more asymmetrical at high tilt angles. In particular, an opened hollow cone spray was formed when the tilt angle is greater than the complementary flow angle. The pressure drop inside the spray, one of the crucial factors for the swirl spray collapse at various surrounding conditions, was attenuated in this opened hollow cone spray since the pressure inside the spray was assimilated to the surrounding air pressure. The spray collapse at high fuel temperature and back pressure conditions did not appear when the tilt angle is larger than the complementary flow angle due to the reduced pressure drop inside the spray. However, tilt angle should be optimized to fulfill the requirements of spray robustness and avoid the locally rich area. The droplet size of 70° tilted nozzle spray shows a value similar to that of the original swirl spray in the plane that includes nozzle axis and the major axis of exit surface ellipse (Major axis plane) while it shows an increased value in the plane that includes nozzle axis and the minor axis of exit surface ellipse (Minor axis plane).     

两种螺旋角干气密封环端面摩擦特性试验研究

干气密封环端面的接触摩擦不容忽视,在槽型设计与优化时也应该考虑端面的摩擦特性.利用端面摩擦磨损试验机,分别对16°和18°两种螺旋角的螺旋槽干气密封环进行测试,通过对比分析磨损量、摩擦温度、摩擦系数以及表面粗糙度来讨论密封环的摩擦特性和两种螺旋角对端面摩擦性能的影响.结果表明:18°螺旋角试验的磨损量、摩擦温升和摩擦系数均稍大于16°螺旋角试验,说明18°螺旋角试件的磨损比16°螺旋角的更加剧烈;石墨环被螺旋槽覆盖的外圈粗糙度的变化有较大的差异,内圈粗糙度变化相似,说明槽型参数的改变对石墨环磨损的影响主要体现在外圈.试验结果为今后端面摩擦学性能的研究及槽型优化提供了依据.     

光纤陀螺寻北仪的二位置寻北方案

介绍了光纤陀螺寻北的基本原理,分析了基座的倾斜误差对寻北精度的影响。基座平面绕垂直于陀螺轴的倾角将直接引起一个同样量级的方位角测量误差,从而在较大程度上影响寻北精度。基座平面绕陀螺轴的倾角对方位角测量的影响小,在一些寻北精度要求不高的场合,可以忽略该倾角的影响。最后介绍了光纤陀螺寻北仪的二位置寻北方案。二位置寻北方案利用光纤陀螺对相差180°的两个方向上的地球自转角速率水平分量的敏感,精确地解算出地理真北方向与陀螺轴向的夹角。系统简单,比较容易实现。     

SiC/Al技术延长惯性平台标定周期的理论研究

平台漂移误差测试和标定是保证惯性系统精度最基本的措施之一，应用于武器载体特别是战术弹时，要求尽量延长标定周期。在长期存储过程中，陀螺、加速度计等惯性元件测量轴的安装精度会因安装应力和自重应力作用而有损失，使平台漂移模型失真。理论分析表明，复合材料技术可大大减小此类误差，从而可通过长期保持惯导系统机械零位精度来延长平台标定周期。