本文關(guān)鍵詞：并聯(lián)6-PUS艦載穩(wěn)定平臺(tái)機(jī)構(gòu)學(xué)基礎(chǔ)理論與實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：為了提高應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的能力，各種艦船已將直升機(jī)作為不可或缺的重要裝備，但是艦船受海洋環(huán)境擾動(dòng)產(chǎn)生的搖蕩運(yùn)動(dòng)嚴(yán)重限制了直升機(jī)作用的發(fā)揮。穩(wěn)定平臺(tái)用于隔離艦船運(yùn)動(dòng)，為直升機(jī)提供一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的起降平臺(tái)，具有重大戰(zhàn)略意義。為了克服現(xiàn)有艦載穩(wěn)定平臺(tái)難于實(shí)現(xiàn)多維穩(wěn)定、大型化及承受重載的制約，本文開展了并聯(lián)式艦載穩(wěn)定平臺(tái)機(jī)構(gòu)學(xué)基礎(chǔ)理論與實(shí)驗(yàn)研究，主要內(nèi)容如下： (1)根據(jù)艦船運(yùn)動(dòng)參數(shù)，定義了穩(wěn)定平臺(tái)補(bǔ)償能力評(píng)價(jià)指標(biāo)，討論了面向任務(wù)的穩(wěn)定平臺(tái)運(yùn)動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)原則。基于應(yīng)用需求，綜合了一種具有耦合特征的三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)，提出了耦合度評(píng)價(jià)指標(biāo)，分析了獨(dú)立自由度參數(shù)對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)耦合性能的影響；針對(duì)Stewart機(jī)構(gòu)存在的技術(shù)問題，提出了一種適用于大型、重載場(chǎng)合的6-PUS并聯(lián)機(jī)構(gòu)。通過對(duì)比各備選方案，確定了艦載穩(wěn)定平臺(tái)的最終機(jī)構(gòu)方案。 (2)基于旋量的剛體動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)，推導(dǎo)了多剛體系統(tǒng)加速度伴隨變換及伴隨映射表達(dá)式。研究了艦載穩(wěn)定平臺(tái)各剛體之間的運(yùn)動(dòng)變換關(guān)系，基于李括弧雅克比矩陣，建立了并聯(lián)式穩(wěn)定平臺(tái)機(jī)構(gòu)在非慣性系中的運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。 (3)基于剛體加速度的牛頓-歐拉方程分析了構(gòu)件各慣性力，建立了并聯(lián)式穩(wěn)定平臺(tái)機(jī)構(gòu)在非慣性系中的耦合動(dòng)力學(xué)方程；根據(jù)多剛體加速度伴隨變換，討論了艦載機(jī)著艦過程的運(yùn)動(dòng)學(xué)問題；搭建了系統(tǒng)的ADAMS虛擬樣機(jī)模型，并將仿真結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。 (4)根據(jù)6-PUS并聯(lián)機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，提出了基于艦船搖蕩運(yùn)動(dòng)的構(gòu)型參數(shù)優(yōu)化方法。以分支輸入位移為目標(biāo)，優(yōu)化了各結(jié)構(gòu)參數(shù)；通過建立導(dǎo)軌軸線多目標(biāo)優(yōu)化模型及等效變換支撐桿運(yùn)動(dòng)，對(duì)各運(yùn)動(dòng)副軸線進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)；建立了包含靜載平衡裝置的分支動(dòng)力學(xué)模型，研究了配重質(zhì)量對(duì)驅(qū)動(dòng)力的影響程度，優(yōu)化設(shè)計(jì)了配重質(zhì)量。 (5)在分析海況及連桿重量對(duì)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性影響的基礎(chǔ)上，通過定義各作用力影響因子，提出了非慣性系動(dòng)力學(xué)模型簡(jiǎn)化策略。通過引入等效運(yùn)動(dòng)參數(shù)，研究了機(jī)構(gòu)所處坐標(biāo)系對(duì)分支輸入性能的影響，在此基礎(chǔ)上提出了一種基于地面試驗(yàn)的艦載穩(wěn)定平臺(tái)等效模擬方法。 (6)簡(jiǎn)要介紹了6-PUS并聯(lián)機(jī)構(gòu)各部分結(jié)構(gòu)及安全防護(hù)裝置的設(shè)計(jì)過程，，搭建了控制系統(tǒng)和人機(jī)控制界面，參與設(shè)計(jì)并研制了艦載穩(wěn)定平臺(tái)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。在此基礎(chǔ)上開展地面實(shí)驗(yàn)研究，測(cè)試了樣機(jī)各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)性能指標(biāo)，驗(yàn)證了機(jī)構(gòu)學(xué)建模理論的正確性。最后，以理論計(jì)算模型為依據(jù)，對(duì)樣機(jī)艦載實(shí)驗(yàn)進(jìn)行可行性分析。
【關(guān)鍵詞】：非慣性系 多剛體動(dòng)力學(xué) 艦載穩(wěn)定平臺(tái) 6-PUS并聯(lián)機(jī)構(gòu) 耦合特征 機(jī)構(gòu)學(xué)模型 參數(shù)優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U674.70
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-26
• 1.1 課題背景及研究意義11-12
• 1.2 艦載穩(wěn)定平臺(tái)研究發(fā)展?fàn)顩r與趨勢(shì)12-17
• 1.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀12-14
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.3 發(fā)展趨勢(shì)16-17
• 1.3 并聯(lián)機(jī)構(gòu)研究現(xiàn)狀17-22
• 1.3.1 大型并聯(lián)機(jī)構(gòu)應(yīng)用17-19
• 1.3.2 機(jī)構(gòu)構(gòu)型綜合19-20
• 1.3.3 機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論概述20-22
• 1.4 非慣性系多剛體系統(tǒng)22-24
• 1.4.1 非慣性系基本概念22-23
• 1.4.2 多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究現(xiàn)狀23-24
• 1.5 課題來源及主要研究?jī)?nèi)容24-26
• 第2章 艦載穩(wěn)定平臺(tái)技術(shù)指標(biāo)與構(gòu)型分析26-48
• 2.1 引言26
• 2.2 穩(wěn)定平臺(tái)技術(shù)指標(biāo)26-35
• 2.2.1 艦船典型運(yùn)動(dòng)參數(shù)26-29
• 2.2.2 補(bǔ)償能力評(píng)價(jià)指標(biāo)29-34
• 2.2.3 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)指標(biāo)34-35
• 2.3 穩(wěn)定平臺(tái)構(gòu)型設(shè)計(jì)35-46
• 2.3.1 構(gòu)型設(shè)計(jì)原則35-37
• 2.3.2 耦合型三自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)37-40
• 2.3.3 3-SRR/SRU 并聯(lián)機(jī)構(gòu)分析40-44
• 2.3.4 6-PUS 靜載平衡并聯(lián)機(jī)構(gòu)分析44-46
• 2.4 穩(wěn)定平臺(tái)構(gòu)型確定46-47
• 2.5 本章小結(jié)47-48
• 第3章 并聯(lián) 6-PUS 穩(wěn)定平臺(tái)機(jī)構(gòu)學(xué)模型48-76
• 3.1 引言48
• 3.2 基于旋量的剛體動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)48-55
• 3.2.1 剛體加速度的旋量描述48-52
• 3.2.2 剛體加速度變換及映射52-53
• 3.2.3 基于剛體加速度的牛頓-歐拉方程53-55
• 3.3 艦載穩(wěn)定平臺(tái)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析55-61
• 3.3.1 多剛體系統(tǒng)加速度伴隨變換55-56
• 3.3.2 多剛體系統(tǒng)加速度伴隨映射56-58
• 3.3.3 穩(wěn)定平臺(tái)運(yùn)動(dòng)變換58-61
• 3.4 并聯(lián) 6-PUS 穩(wěn)定平臺(tái)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型61-65
• 3.4.1 位姿逆解62
• 3.4.2 速度映射62-64
• 3.4.3 加速度映射64-65
• 3.5 并聯(lián) 6-PUS 穩(wěn)定平臺(tái)動(dòng)力學(xué)模型65-70
• 3.5.1 主動(dòng)運(yùn)動(dòng)慣性力分析66-67
• 3.5.2 牽連運(yùn)動(dòng)慣性力分析67-68
• 3.5.3 科氏運(yùn)動(dòng)慣性力分析68
• 3.5.4 重力和外力分析68-69
• 3.5.5 機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程69-70
• 3.6 艦載機(jī)著艦過程分析70-72
• 3.7 機(jī)構(gòu)學(xué)模型仿真驗(yàn)證72-75
• 3.8 本章小結(jié)75-76
• 第4章 并聯(lián) 6-PUS 穩(wěn)定平臺(tái)構(gòu)型參數(shù)優(yōu)化76-92
• 4.1 引言76
• 4.2 構(gòu)型參數(shù)優(yōu)化策略76-78
• 4.2.1 影響機(jī)構(gòu)構(gòu)型的因素76-77
• 4.2.2 參數(shù)優(yōu)化方法77-78
• 4.3 結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化78-81
• 4.4 運(yùn)動(dòng)副軸線優(yōu)化81-88
• 4.4.1 導(dǎo)軌軸線優(yōu)化設(shè)計(jì)81-82
• 4.4.2 導(dǎo)軌軸線優(yōu)化結(jié)果82-83
• 4.4.3 轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線優(yōu)化布置83-87
• 4.4.4 轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線優(yōu)化結(jié)果87-88
• 4.5 靜載平衡裝置優(yōu)化88-91
• 4.5.1 分支動(dòng)力學(xué)模型88-90
• 4.5.2 配重質(zhì)量?jī)?yōu)化90-91
• 4.6 本章小結(jié)91-92
• 第5章 并聯(lián) 6-PUS 穩(wěn)定平臺(tái)動(dòng)力學(xué)特性分析92-107
• 5.1 引言92
• 5.2 機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型簡(jiǎn)化研究92-100
• 5.2.1 不同海況下動(dòng)力學(xué)特性分析92-95
• 5.2.2 連桿重量對(duì)動(dòng)力學(xué)特性的影響95-98
• 5.2.3 簡(jiǎn)化策略檢驗(yàn)98-100
• 5.3 機(jī)構(gòu)所處坐標(biāo)系對(duì)數(shù)學(xué)模型的影響100-106
• 5.3.1 等效運(yùn)動(dòng)參數(shù)100-102
• 5.3.2 數(shù)值分析102-106
• 5.4 本章小結(jié)106-107
• 第6章 并聯(lián) 6-PUS 穩(wěn)定平臺(tái)樣機(jī)研制與實(shí)驗(yàn)研究107-125
• 6.1 引言107
• 6.2 樣機(jī)設(shè)計(jì)與研制107-112
• 6.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)108-109
• 6.2.2 直線運(yùn)動(dòng)單元設(shè)計(jì)109-111
• 6.2.3 安全防護(hù)設(shè)計(jì)111-112
• 6.3 控制系統(tǒng)介紹112-114
• 6.3.1 控制系統(tǒng)組成112-113
• 6.3.2 數(shù)據(jù)通訊113-114
• 6.4 地面實(shí)驗(yàn)研究114-121
• 6.4.1 實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果115-117
• 6.4.2 機(jī)構(gòu)學(xué)模型驗(yàn)證117-121
• 6.5 艦載實(shí)驗(yàn)可行性分析121-124
• 6.6 本章小結(jié)124-125
• 結(jié)論125-127
• 參考文獻(xiàn)127-136
• 攻讀博士學(xué)位期間承擔(dān)的科研任務(wù)與主要成果136-138
• 致謝138-139
• 作者簡(jiǎn)介139

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本文編號(hào)：769392