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機(jī)械工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
學(xué) 生 姓 名： 陳森海 學(xué)號(hào)： 100007103
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
設(shè)計(jì)（論文）題目： 用于教學(xué)水洞的兩自由度轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)
指 導(dǎo) 老 師： 李鷺揚(yáng)
2014年 4 月 1 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告
1、結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述：
文 獻(xiàn) 綜 述
1.1研究的意義
在實(shí)驗(yàn)流體力學(xué)領(lǐng)域內(nèi)，風(fēng)洞測(cè)試和水洞測(cè)試是實(shí)驗(yàn)的兩種主要形式。水洞是一種水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)和研究設(shè)備，其中有導(dǎo)引良好的，可控制的水流。在水洞中實(shí)驗(yàn)物體是靜止的（或是轉(zhuǎn)動(dòng)的，例如船舶螺旋槳），水是流動(dòng)的。就水洞的布置與運(yùn)轉(zhuǎn)而言，它與亞聲速風(fēng)洞類似，只是實(shí)驗(yàn)介質(zhì)不同對(duì)于水洞的應(yīng)用來(lái)講，其研究的現(xiàn)象與亞聲速風(fēng)洞的研究現(xiàn)象類似，比如流動(dòng)與實(shí)驗(yàn)物體之間的作用力，邊界層現(xiàn)象和湍流。水洞作為流態(tài)顯示的一種設(shè)備己日益受到航空!航天界的注視,早在1883年雷諾就曾在水管中進(jìn)行了層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞯牧鲬B(tài)顯示實(shí)驗(yàn),迄今己經(jīng)發(fā)展和完善了許多種類流態(tài)顯示設(shè)備和技術(shù)"因研究對(duì)象的不同,水洞作為一種水動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)和研究設(shè)備,因水流可以進(jìn)行有效控制,利用水洞可以較好的顯示流場(chǎng)的流動(dòng),由于在水洞中水流可以以較低的流速穩(wěn)定運(yùn)行,低雷諾(Reynolds)數(shù)試驗(yàn)在水洞中也相對(duì)較容易實(shí)現(xiàn),利用水洞能方便地得到前緣渦的產(chǎn)生與破碎!細(xì)長(zhǎng)體大攻角氣動(dòng)力不對(duì)稱性與其渦系的關(guān)系!噴流和邊界層結(jié)構(gòu)以及尾流等現(xiàn)象"水洞良好的流場(chǎng)品質(zhì)和方便的實(shí)時(shí)控制對(duì)湍流邊界層試驗(yàn)有很重要意義"此外，水洞還可以用來(lái)研究水動(dòng)力學(xué)中特有的現(xiàn)象，特別是空化，水彈性現(xiàn)象和自由面現(xiàn)象。
綜上所述，無(wú)論是商業(yè)上的應(yīng)用還是軍事上的應(yīng)用,水洞的建立對(duì)于水力學(xué)的研究具有很高的價(jià)值.
1.2研究現(xiàn)狀
實(shí)驗(yàn)水洞的前驅(qū)可以追溯到 1895 年帕森斯建造的第一個(gè)空化實(shí)驗(yàn)水洞,其又在 1910 于英國(guó)沃爾森德（Wallsend）[1]建造了一座大型水洞，其用途為研究空化狀態(tài)下的螺旋槳實(shí)驗(yàn)。在歐洲，直至第二次世界大戰(zhàn)這一段期間還曾建造了其他幾個(gè)研究螺旋槳的水洞。當(dāng)時(shí)在帕森斯水洞基礎(chǔ)上已有不少改善和改進(jìn)，但新水洞的基本原理還是相同的。1938年投入運(yùn)行的荷蘭船舶模型池[8]的直徑91.4厘米（36 英寸）大型水洞即為一例。在同一時(shí)期，對(duì)空化現(xiàn)象的普遍關(guān)心，促使開(kāi)展文透里計(jì)與其他受約束的管道實(shí)驗(yàn)，設(shè)置轉(zhuǎn)為單個(gè)水翼剖面實(shí)驗(yàn)的循環(huán)系統(tǒng)，以及為水泵和水輪機(jī)研究用的變壓循環(huán)系統(tǒng)。這些研究工作的進(jìn)展大部分在歐洲。在美國(guó)，1934 年加州理工學(xué)院水力機(jī)械實(shí)驗(yàn)室為研究水泵建制了水流循環(huán)系統(tǒng)。這些循環(huán)系統(tǒng)所具有的特性和測(cè)試設(shè)備均體現(xiàn)在以后的水洞中。第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)時(shí)問(wèn)題的迫切需要，加速發(fā)展了可供各種物體和部件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的通用水洞。在美國(guó)，第一個(gè)這種水洞是柯乃普等人和戴利介紹的加州理工學(xué)院1942 年建置并在 1947 年重建改善的高速水洞。這一裝置是現(xiàn)代化設(shè)備的前驅(qū)，它具有專門控制設(shè)備和比以前更高精度，更多樣化的量測(cè)附屬設(shè)備。它對(duì)以后的水洞具有廣泛的影響。其基本特性包括下列各部分
1工作段 可以安裝模型并進(jìn)行觀察；
2水流循環(huán)系統(tǒng) 基本上包括水泵和管路，用以保持水流通過(guò)工作段；
3空氣重溶系統(tǒng) 當(dāng)工作段發(fā)生空化時(shí)重溶可能從水中釋放出來(lái)的任何摻入的氣泡；
4含氣量控制系統(tǒng) 使水流重溶解空氣量保持為任何需要的常量；
5控制系統(tǒng) 用以調(diào)節(jié)工作段的壓力，流速和溫度，并使之保持在任一組規(guī)定數(shù)值；
6天平 用它可將模型放置在不同位置，并可量測(cè)作用在模型上的動(dòng)水作用力。
此水洞的基本特色，均已體現(xiàn)在一些最重要的現(xiàn)代化水洞中。
為了避免進(jìn)入擴(kuò)散段的水流過(guò)早出現(xiàn)空化現(xiàn)象，促使了另一個(gè)水洞型式，即自由射流水洞，如早期在哥廷根建成的水平射流二維水洞，以及在圣安東尼瀑布實(shí)驗(yàn)室興建的自由射流垂直式的圓斷面水洞。除此之外，還有自由面水洞，它是研究物體稍微潛水或插入自由面的一種設(shè)備。水下導(dǎo)彈，水翼，水柱和某些類型的水工建筑物均為實(shí)例。顧名思義，這種水洞的唯一特征是其自由面工作斷有改變水面以上空氣壓力的設(shè)施。加州理工學(xué)院自由面水洞就是一個(gè)實(shí)例。在日本,1993年10月,日本運(yùn)輸省船舶技術(shù)研究所由三井造船施工建成了世界首座“變動(dòng)風(fēng)水洞”設(shè)施,該實(shí)驗(yàn)驗(yàn)設(shè)施在回流型風(fēng)洞的測(cè)量部下有寬3m,深l.5m、長(zhǎng)15m的水池,舟公舶和海洋結(jié)構(gòu)物模型可在水池中進(jìn)行實(shí)驗(yàn),將蓋盜:在水池上面,也可單獨(dú)作為風(fēng)洞使用。它的最大特點(diǎn)是,水池中能發(fā)生風(fēng)、波、潮流,可以在風(fēng)、波、潮流中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
國(guó)內(nèi)發(fā)展情況：國(guó)內(nèi)在水洞實(shí)驗(yàn)這方面的研究雖然不如國(guó)外先進(jìn)，但是也建立了一批水洞設(shè)施，比較著名的是中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七 0 二所的水洞實(shí)驗(yàn)室。還有很多位于大學(xué)內(nèi)的水洞實(shí)驗(yàn)室。比如 1983 年西安工業(yè)大學(xué)由黃景泉教授帶頭建造的用于科研和教學(xué)的水洞實(shí)驗(yàn)室，再比如上海交通大學(xué)的重力式空泡水洞、徐匯校區(qū)的國(guó)內(nèi)最早（1958）的封閉循環(huán)式水洞以及哈爾濱工程大學(xué)的重力式低噪聲水洞，其基本設(shè)計(jì)方法都借鑒了國(guó)外的水洞設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。"很多專家和學(xué)者也根據(jù)相似性原理,利用水洞進(jìn)行了大量的模型實(shí)驗(yàn),如李福新等通過(guò)高速水洞對(duì)回轉(zhuǎn)體空化噪聲聲功率譜的譜特性進(jìn)行了分析,驗(yàn)證了回轉(zhuǎn)體流噪聲相似律理論【16】,并在該基礎(chǔ)上對(duì)回轉(zhuǎn)體頭體模型的空化噪聲特性進(jìn)一步深入研究【17】虞心田等用氫氣泡顯示流場(chǎng),在重力式循環(huán)水洞中進(jìn)行了振動(dòng)二元機(jī)翼流動(dòng)的研究,得出機(jī)械激勵(lì)對(duì)大攻角失速分離流動(dòng)的控制作用【18】
關(guān)于水洞部件的研究，收縮段是水洞的重要部件，它的主要作用是提高實(shí)驗(yàn)段的流動(dòng)品質(zhì)，即改善流場(chǎng)的均勻性，穩(wěn)定性及降低湍流度。在實(shí)際水洞中，既有軸對(duì)稱的圓截面收縮段，又有矩形截面的收縮段。在三元收縮段中，流動(dòng)在橫向發(fā)生變化，壁面的順壓梯度隨著橫向位置不同而改變，收縮段的出口流動(dòng)均勻性的情況也與軸對(duì)稱收縮段不同。
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2、本課題要研究或解決的問(wèn)題和擬采用的研究手段（途徑）：
為了測(cè)量水流的大小和測(cè)力情況。需設(shè)計(jì)一個(gè)兩自由度的機(jī)構(gòu)。由于多自由度電機(jī)自身的特點(diǎn),各自由度之間除了存在電磁耦合之外還存在著十分復(fù)雜的力學(xué)耦合關(guān)系,這是多自由度電機(jī)難以控制的重要原因之一,因此必須根據(jù)電機(jī)的具體結(jié)構(gòu),建立準(zhǔn)確的力學(xué)模型,深入分析各自由度之間的耦合關(guān)系,研究力學(xué)解藕控制策略,以提高電機(jī)的動(dòng)靜態(tài)性能及穩(wěn)定性。這里所設(shè)計(jì)的兩自由度步進(jìn)電機(jī)由于具有兩套相對(duì)獨(dú)立的定轉(zhuǎn)子,因此從控制角度看可以看作兩個(gè)獨(dú)立的兩相混合式步進(jìn)電機(jī),它符合一般兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的控制規(guī)律。因此其驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)顯得相對(duì)簡(jiǎn)單一些,可以直接采用兩個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源分別驅(qū)動(dòng)兩套相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng),通過(guò)二者的運(yùn)動(dòng)合成來(lái)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)。同時(shí)還要求機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊,質(zhì)量較小.
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指導(dǎo)教師意見(jiàn)：
1、對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語(yǔ)：
2、對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見(jiàn)和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果
的預(yù)測(cè)：
指導(dǎo)老師：
年 月 日
所在專業(yè)審查意見(jiàn)：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日