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第一部分 总报告1

第1章 前言2

1.1 国外装备制造业的发展趋势3

1.2 我国装备制造业的现状4

第2章 机械装备中存在的若干非线性动力学问题7

2.1 高速轨道交通中的非线性动力学问题7

2.2 大型旋转机械中的非线性动力学问题9

2.3 航空发动机中的非线性动力学问题14

2.4 大型风力机中的非线性动力学问题17

2.5 高超声速飞行器中的非线性动力学问题20

2.6 储液罐中的非线性动力学问题24

2.7 航天飞行器中的非线性动力学问题28

第3章 机械装备中的非线性动力学与控制技术的现状与分析31

3.1 主要成就与贡献31

3.2 存在的问题与发展方向33

3.3 提高我国机械装备中非线性动力学与控制技术的建议与措施38

第二部分 分报告41

第1章 铁道车辆动力学与控制调研报告42

1.1 铁道车辆系统的动力学42

1.1.1 轨道模型42

1.1.2 车体模型43

1.1.3 整车模型44

1.1.4 小结与展望45

1.2 轮轨接触问题45

1.2.1 轮轨接触方程的建立45

1.2.2 蠕滑问题46

1.2.3 磨耗问题研究47

1.2.4 轮轨接触对车辆性能的影响48

1.2.5 实验验证48

1.2.6 小结和展望49

1.3 悬挂系统控制50

1.3.1 二系悬挂系统50

1.3.2 倾摆系统52

1.3.3 一系悬挂系统53

1.3.4 小节与展望54

1.4 发展趋势55

参考文献56

第2章 大型旋转机械动力学的研究现状及发展趋势65

2.1 概述65

2.2 非线性转子动力学研究方法及国内外发展概况66

2.2.1 非线性转子动力学研究的一般方法66

2.2.2 非线性油膜力模型［32-35］69

2.2.3 动压密封力69

2.2.4 求解非线性转子动力学问题的数值积分方法70

2.2.5 滚动轴承、扭转振动、非对称转子及油膜失稳后的疲劳强度分析71

2.2.6 大型转子—轴承系统高维非线性动力学问题的降维求解73

2.3 转子系统非线性动力学设计及稳定性76

2.3.1 转子系统非线性动力学行为的机理研究和实验研究76

2.3.2 高速转子—轴承系统的非线性动力学设计78

2.3.3 轴系非线性稳定性分析方法80

2.4 非线性转子动力学研究中存在的问题及展望81

2.5 国内外燃气轮机研究现状及发展趋势83

2.5.1 国外燃气轮机的研究现状和发展趋势83

2.5.2 国内燃气轮机的研究现状和发展趋势85

2.5.3 燃气轮机的发展目标及其重点88

参考文献91

第3章 航空发动机的动力学与故障诊断97

3.1 航空发动机转子的动力学失稳研究98

3.1.1 密封流体激振98

3.1.2 挤压油膜阻尼器的稳定性100

3.2 航空发动机转子结构机械故障动力学研究100

3.2.1 转静碰摩故障100

3.2.2 热弯曲故障101

3.2.3 叶片振动102

3.2.4 松动故障102

3.2.5 疲劳裂纹102

3.2.6 双转子结构故障103

3.2.7 滚动轴承故障103

3.2.8 机动飞行的影响及整机振动104

3.3 航空发动机的故障诊断105

3.3.1 故障诊断研究现状105

3.3.2 基于非线性动力学的故障诊断原理107

3.3.3 故障中的信号降噪方法108

3.4 结论109

参考文献109

第4章 大型风电装备设计及运行中的动力学与控制114

4.1 风电产业与我国的能源安全息息相关114

4.1.1 发展风电产业符合国家的中长期规划114

4.1.2 风电装备国产化面临的问题和挑战116

4.1.3 科学意义与主要挑战120

4.1.4 对国民经济的作用123

4.2 国内外风电装备的研究现状和发展趋势123

4.2.1 大型风力机传动系统的动力学理论123

4.2.2 复杂环境中风电装备的失效机理与故障诊断方法125

4.2.3 复杂工况下机械系统的可靠性增长策略126

4.2.4 风力机组的振动控制与消噪技术127

4.3 大型风电装备设计及运行中的关键科学问题129

4.3.1 复杂载荷作用下大型风力机的动力学行为与设计原理129

4.3.2 复杂环境中风电装备的状态演化与失效机理130

4.3.3 复杂工况条件下机械系统的可靠性增长策略130

4.3.4 叶片及传动系统的振动控制131

4.4 需要解决的主要突破点133

参考文献134

第5章 高超声速与变形机翼技术综述138

5.1 近空间飞行器对高超声速和变翼技术的需求138

5.2 高超声速技术发展及现状139

5.2.1 高超声速定义及特性139

5.2.2 高超声速技术应用的发展142

5.2.3 高超声速再入飞行的飞行力学问题145

5.2.4 高超声速推进技术147

5.2.5 高超声速技术的实验实施151

5.2.6 高超声速关键基础理论154

5.3 变形机翼158

5.3.1 变形机翼的仿生思想及应用背景158

5.3.2 变形机翼发展史162

5.3.3 近代几种典型可变形飞机介绍169

5.3.4 变形机翼关键技术180

5.4 高超声速和变翼技术的展望182

参考文献182

第6章 储液罐动力学与控制186

6.1 引言186

6.2 储液罐类液体晃动动力学186

6.2.1 储液罐类液体晃动研究的解析方法187

6.2.2 储液罐类液体大幅晃动研究的数值方法203

6.3 液体晃动等效力学模型研究205

6.4 储液罐多体系统动力学与控制研究206

6.4.1 车载储液罐系统动力学研究206

6.4.2 船载储液罐系统动力学研究208

6.4.3 充液航天器固—液—控耦合动力学研究209

6.5 未来研究方向展望211

参考文献212

第7章 太阳帆飞行器轨道控制研究220

7.1 引言220

7.2 太阳帆飞行器局部最优控制222

7.2.1 局部最优控制在星际转移轨道中的应用223

7.2.2 局部最优控制在逃逸行星引力场中的应用226

7.3 星际时间最优轨道转移226

7.3.1 时间最优控制理论227

7.3.2 求解方法230

7.3.3 算例232

7.4 不变流形轨道转移237

7.4.1 地球到人工拉格朗日点的不变流形转移243

7.4.2 人工拉格朗日点之间的不变流形转移252

7.4.3 平衡点与周期轨道之间的转移255

参考文献260