舰船大型空间复杂曲面切割变胞机构及其特性研究

摘要

现代国防建设(航母、核潜艇及各类大型舰船)需要高新的造船技术和装备,但在这方面中国与国外的差距较大,尤其是在大型空间复杂曲面切割这一舰船制造的关键技术方面,它制约并影响了中国造船技术水平的提高和发展.本项目以大型空间复杂曲面切割技术为突破口,着力研究适合于舰船制造中船体曲面孔型上高效、高精度切割的应用基础理论和加工设备.它对于提高中国舰船制造业的技术水平,增强国防实力具有重要学术意义和应用价值.建立了大型空间复杂曲面曲线切割任务的参数化数学模型，并由切割轨迹生成了切割工具的变姿态、变轨迹加工路径，可满足任意孔型的连续切割需求。构建出了五杆闭环形式的切割变胞构型为执行机构，并以基因建模理论确定了其在不同工作阶段的拓扑结构。利用旋量理论和Kane动力学模型，建立了切割变胞机构的全构态动力学方程以分析其动态特性。研究了机构拓扑结构变化对末端的冲击响应，同时由控制主动件运动规律的角度提出了减小冲击的方法以保证切换连续稳定性。