轮胎与防滑涂层滑动摩擦系数检测及外推技术研究

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航母甲板防滑涂层担负着舰载机的起飞及着舰任务。在航母制造中,防滑涂层的防滑性能检测是必不可少的环节。滑动摩擦系数是表征航母防滑涂层防滑性能的关键参数,直接关系到舰载机能否安全着舰。为此,开展滑动摩擦系数的测量技术研究,对于防滑涂层的研制具有重要意义。本文通过研究舰载机着舰瞬间航迹角及冲击载荷理论,研制了在动态载荷下测量防滑涂层滑动摩擦系数的检测仪;针对传统基于能量准则的自适应滤波方法,对测量脉冲信号滤波出现虚假峰值的问题,在综合考虑了滤波效果及计算速度的前提下,提出了基于本征模式分量(IMF)差分的滤波方法及基于IMF排序能量的滤波方法;针对检测仪因量程受限,无法获取量程外滑动摩擦系数的问题,提出了基于正弦逐步的滑动摩擦系数外推方法。论文针对上述内容进行了深入的研究,主要研究内容和结果如下:目前传统的摩擦系数检测仪主要存在的问题为:只能以静压的方式,测量防滑涂层的滑动摩擦系数,无法测量防滑涂层在动态载荷作用下的滑动摩擦系数。针对上述问题,研制了轮胎与防滑涂层滑动摩擦系数检测仪。以舰载机着舰瞬间航迹角及冲击载荷的理论为基础,解决检测仪设计缺乏理论指导的问题。设计了机轮高速带转系统,可满足不同机轮转速的需要,设计了二维大量程测力平台,可满足最大冲击载荷为900k N及摩擦载荷为600k N测量的需求,最终,采用功率谱密度方法确定了测量脉冲信号中的白噪声成分。针对传统基于能量准则的自适应滤波方法,对脉冲信号滤波出现虚假峰值的问题,提出了一种基于本征模式分量(IMF)差分的滤波新方法。该方法以改进的经验模态分解(CEEMDAN)算法对脉冲信号分解后,获得IMF中的噪声和信号频率差异为依托,对脉冲信号与IMF的累加和进行差分,采用互信息识别相关模式分量的分界点,对信号主导的IMF进行部分重构,提取脉冲信号峰值。结果表明,在较高的落锤下落距离及机轮转速下,相比于能量准则法对摩擦信号及冲击信号的滤波性能,分别提高了7.6%及9.3%,相关模式分量鉴别的时间为1.07s。针对在轮胎低转速条件下,摩擦信号分解的IMFs中存在虚假模式分量,导致基于IMF差分法鉴别相关模式分量前移的问题,提出了基于IMF排序能量的滤波新方法。此方法经过大量的数值试验,发现对IMF排序—归一化—求能量—计算模糊熵的操作后,可自适应地区分相关模式分量的分界点,与修改的经验模态分解算法相结合构建了自适应低通滤波器,有效分离了脉冲信号中的噪声。相比IMF差分法,对摩擦信号的滤波性能提高了7%,相关模式分量鉴别的时间为32.23s。针对滑动摩擦系数检测中缺乏外推模型的问题,提出了正弦逐步的滑动摩擦系数外推方法。此方法采用正弦函数和逐步法分别将数据归一化及对支持向量回归机(SVR)创建训练样本,结合智能算法优化SVR的参数。结果表明,对滑动摩擦系数随着落锤下落高度及机轮转速增加而减小的情况,建立外推模型时,相比于线性整体法、正弦整体法及线性逐步法,外推精度分别提高了36.16%、15.82%和12.43%。此方法创新地提出将正弦归一化及逐步法加入SVR建模的前处理中,明显提高外推精度,较具实用性及可操作性。
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