纺织工业作为我国传统支柱产业,以及重要民生产业,有着明显的国际竞争优势,肩负着新时期民生产业发展的重要历史使命。“智能制造”、“绿色环保”、“提质高效”成为纺织行业的创新主题,对环锭细纱机的发展提出了新的要求。细纱工序是成纱的最后一道工序,所纺纱的质量直接影响之后的制线、织造方面的使用,主要工序为牵伸、加捻和卷绕成形。目前,国内外的环锭纺细纱机均采用电子加捻及电子牵伸技术,在卷绕成型技术上已经发展很成熟。但对于纺纱气圈理论的研究还不能够满足细纱机高速化的发展需求。本文以环锭纺纺纱过程中的气圈段为研究内容,通过理论推导,数值求解与分析,以及实验验证相结合的方法,对环锭纺纱过程中气圈形态和纱线张力进行了全面系统地研究和分析。首先,对环锭纺纺纱工艺进行分析,基于须条-机械耦合机理以运动学为理论基础,首次在计及科氏惯性力和空气阻力的情况下,建立了纺纱动态气圈数学模型,推导出了纺纱过程中气圈形态的边界条件。该数学模型是非线性的,并且影响参数多,为了对模型进行数值求解,提出了一种基于遗传算法的气圈形态初始参数辨识的方法,用来寻求符合优化目标的不确定常量参数,获得符合工艺要求的纺纱动态气圈数学模型的初始参数值。其次,在前期研究的基础上对有、无气圈控制环两种状态下的气圈进行研究,得到了两种状态下的气圈形态,对比发现加装气圈控制环之后,控制了小纱阶段气圈的形态和纺纱张力的波动。并在没有气圈控制环的情况下,详细讨论了各参数对气圈形态和纺纱张力的影响。在上述分析基础上,提出了三种通过控制气圈形态来稳定纺纱张力,减少纱线断头的方法。最后,为了检验本课题纺纱动态气圈的可靠性,搭建了检测平台,采用了基于实际纱曲线的图像处理的方法。首先,使用高速相机采集纺纱过程中的气圈空间曲线;其次,使用Halcon图像处理软件对采集到的气圈空间曲线进行特征点的提取;最后对实验获取的特征点进行拟合,与理论纺纱气圈曲线进行对比,分析产生误差的原因,并在此基础上对理论模型进行了修正,保证了纺纱动态气圈理论模型的准确性和可靠性。本文为高速纺纱状态下气圈形态和张力研究提供了理论基础,为须条、机械耦合机理的进一步研究提供了参考,为减少高速下纺纱断头提供了理论依据,为新型环锭细纱机的设计提供了理论支撑。