高空试车台供气压缩机组动态仿真建模方法研究

针对国内高空试车台研究中缺少对供气压缩机组动态仿真研究方法的现状，提出了一种适用于该热力系统的动态仿真建模方法。基于守恒方程，获得了压缩机、管网、换热器、调节阀的动态仿真计算模型；将Greitzer压缩机模型应用到复杂热力系统的动态建模中；在容腔模型的基础上增加流动损失计算模块，提出了“容腔-损失”管网模型。在Matlab/Simulink平台上搭建了某试车台供气压缩机组动态仿真模型。将仿真结果与实验结果对比，验证压缩机、管网等部件动态仿真模型的可靠性。其中，压力、温度的仿真结果的平均误差均小于1%；与传统的容腔模型相比，“容腔-损失”管网模型误差明显减小。证明了该建模方法的精确度与可靠性。     

直升机急拉杆机动飞行仿真建模与验证

 针对直升机大机动飞行仿真,建立了一个非线性的飞行动力学模型,考虑了翼型非定常/动态失速、机动飞行引起的动态尾迹畸变、桨叶弹性变形效应和发动机动态特性。采用基于有限元分析的挥舞-摆振-扭转耦合的弹性桨叶模型,并利用一种新的数值方法将旋翼/机体耦合运动方程表示为显式形式,整个飞行动力学模型表示为状态空间格式。以UH-60A直升机在高速飞行条件下的急拉杆机动飞行为例进行仿真计算,并与飞行试验数据进行对比验证。分析表明,仿真结果与试验结果吻合,高速飞行条件下机体抬头过程中前行桨叶非定常气动载荷的计算误差是引起旋翼和机体运动仿真误差的主要原因。     

资源受限条件下的离港航班停机位分配优化模型

停机位作为机场的重要资源,优化停机位分配策略,实现更优的航班运行效率和旅客满意度已成为研究的重中之重。针对研究牵引车、管制员等资源受限条件下的停机位分配问题,首先以航空器延误时间最少、靠桥数最大为目标,并将靠桥数最大转化为不靠桥数最小,建立停机位分配优化模型,采用启发式算法进行求解;其次搭建场面仿真模型以验证算法的可靠性;最后通过北京大兴国际机场进行实例验证。结果表明：相较于机场实际运行情况,本文所建立的停机位分配优化模型使航空器延误降低25.5%、靠桥率提升8.8%,本文所提出的停机位分配策略可以在资源受限条件下实现场面延误和靠桥率的优化。     

灭火救援战勤保障协同作战机制的构建

战勤保障作为经济基础与灭火救援部队之间的桥梁,其能力水平的高低直接关系着灭火救援成败。而战勤保障各分队的协同作战是现场保障主要形式。协同作战要求各协同要素按照一定的方式相互作用、协调配合,避免内耗,提高要素协同作战效能,产生互补效应,从而实现战勤保障系统的整体协同效应。     

环形编织层板冲击包容数值模拟

为分析航空发动机复合材料机匣对破断叶片的包容,采用有限元仿真方法开展了计算研究。通过旋转体与机匣冲击破坏过程的计算,确定机匣的包容能力。基于具备显式求解功能的商用有限元软件Abaqus/Explicit,采用3维实体单元网格,将2维3轴编织的碳纤维层合材料简化成连续的正交各向异性材料,通过软件提供的Vumat用户子程序接口编写Fortran代码定义材料模型,计算与转轴分离后的模拟断裂叶片对机匣的冲击过程。通过冲击后的临界转速和能量吸收数据,比较了模拟计算与实物旋转冲击模拟试验的结果,二者具有较大的可比性。虽然计算中还缺乏材料基本性能表征的理想数据,但在多种工况下仿真计算表明模拟结果稳定,有望成为复合材料包容分析实用有效的方法。     

Angle-Independent Doppler Velocity Measurement

When the angle between the target heading and the range vector is not known a priori, a Doppler velocity radar must estimate them simultaneously by utilizing a longer section of the track. The conventional least squares iterative solution is compared with a new explicit alogorithm which utilizes range-rate derivatives. It is shown that the explicit algorithm is biased but is less sensitive to noise. The bias, however, can be estimated and removed. Hence, the computationally simpler explicit velocity estimation method yields better performance. An analytical closed form expression for the resulting mean square estimation error and simulation results are given.     

5000m特大跨度悬索桥空气动力稳定性风洞试验研究

伴随跨海大桥建造时代的来临,特大跨度悬索桥的空气动力性能研究日益紧迫,设计了中跨跨度为5000m的宽开槽和窄开槽钢箱梁悬索桥方案,实现了5000m特大跨度钢箱梁悬索桥的节段模型风洞试验,研究了宽开槽和窄开槽两种方案的颤振性能,识别了其颤振导数、颤振风速、颤振频率、三分力系数等重要参数;其次在风洞试验中研究了多种稳定板组合方案对窄开槽钢箱梁的颤振控制作用,发现中央稳定板和上稳定板的组合能将颤振临界风速提高50％;最后提出了适用于特大跨度悬索桥的二维颤振Straight—forward Method分析方法,对风洞试验进行了数值模拟,验证了该方法和节段模型风洞试验对于5000m悬索桥分析结果的一致性。最终研究认为：中央开槽达到足够宽度的方案与窄开槽附加稳定板的方案都能为跨度5000m的悬索桥提供足够高的颤振失稳临界风速,并能满足世界上绝大多数台风区的要求。     

直升机起落架抗坠毁性能的有限元仿真评估

 建立了直升机起落架抗坠毁有限元模型,模拟硬着陆和坠毁过程,以考察起落架在坠毁事故发生时的吸能能力。有限元建模使用真实的几何模型,用一个虚拟的框架代替机身把起落架连接起来,全机质量折算为减缩质量并分布到该框上。缓冲器用弹簧—阻尼器单元替代,其参数由性能曲线给出。使用非线性瞬态动力学的显式解法求解冲击问题。对两种情况进行了仿真:分别以6.0m/ s 和10.2m/ s 的垂直速度撞击地面。坠毁实验表明仿真结果与实验结果具有较好的一致性。     

窄条激光喷丸成形有限元分析

基于激光喷丸成形过程中材料非线性、高应变率的特点,建立了适合于激光喷丸成形模型。采用ABAQUS/Explicit模块对材料和应力波相互作用的瞬态过程进行模拟,用ABAQUS/Standard 中模拟应力波作用后材料的松弛。对有限元模拟中的关键技术,如材料模型,冲击波的压力载荷、网格划分及其单元类型进行了探讨。并对航空铝合金LY12CZ的激光窄条喷丸成形进行了有限元模拟,对板料的变形量、应力的大小进行了预测,预测的结果和试验较为一致。     

串件拼修对策下K/N(G)结构系统可用度评估建模

针对作战编队自主保障期间,作战单元对装备故障仅具备换件修理、保障单元对备件修复概率小于1的保障特点,扩展备件管理多级(METRIC)模型,建立了装备冗余和外场更换件(Line Replaceable Unit,LRU)冗余结构下非串件策略和串件策略两级单层备件库存保障模型。以备件贮存空间为约束,可用度为目标,对非串件策略系统建立有限解空间下的分层边际优化模型。依据备件保障流程,基于蒙特卡罗仿真方法建立了两级维修保障仿真模型。实例分析结果表明:当系统可用度较低,采用串件策略能极大提高系统可用度;仿真结果与解析结果一致,本文建模方法正确。模型可为保障决策者制定编队随行备件方案提供参考。     

湍流模型对三维翼梢涡流场数值模拟的影响

 梢涡流场数值模拟对减少梢涡的不良影响意义深远。应用雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方法建立了三维翼梢涡流场数值模型,选用的湍流模型包括两种经典两方程模型和一种代数雷诺应力模型。计算内容包括翼梢涡流场速度分布、压力分布及涡核位置,为了准确模拟梢涡涡核内系统旋转和流线曲率影响,将旋转和曲率修正方法应用于选用的湍流模型中。计算时对翼梢涡涡核处网格进行了加密处理。将计算结果与实验结果对比后发现,修正后的湍流模型较标准湍流模型明显提高了预报精度,与实验结果吻合较好,具有工程应用价值。     

风对建筑绕流流动的数值方法

本文利用k-ε湍流模型及SIMPLE方法,在二维条件下,就风对建筑绕流流动进行了数值模拟,建筑及地面的边界条件采用以低Re数k-ε湍流模型中导出的壁函数处理近壁湍流。自由边界采用外推格式。对于计算域中的建筑物则利用控制粘性系数的方法处理。并对计算结果和风洞实验进行了比较。 为了研究建筑物之间的气流及压力分布,本文还对并列两栋建筑的不同情况进行了数值计算和分析。     

用虚拟黏性法构造Navier-Stokes方程黏性项的隐式格式

提出的虚拟黏性法是一种关于Navier-Stokes方程黏性项(黏性应力项和传热项)的隐式新方法。通过引入虚拟时间和虚拟黏性项,将隐式格式的构造大大简化,从而避免了大型复杂隐式差分方程组的常规求解。在虚拟时间推进过程中所需求解的方程组的系数矩阵是一个三对角矩阵,它具有计算简单且计算量小的优点。用模型方程和Navier-Stokes方程进行了数值仿真,研究各种参数对计算的影响,并在精度和效率上与显式方法进行比较,证实了算法的正确性和优势。最后分析了本文格式的适用范围。     

基于显式预测控制的涡扇发动机控制器设计

模型预测控制因其能够较好地处理涡扇发动机约束问题且实现多变量控制而具有较大的应用潜力。为了解决传统模型预测控制算法在实际应用中存在运算量大、实时性较差的问题,基于显式模型预测设计了航空发动机多变量控制器。在控制结构上采用多速率双闭环系统,保证了控制精度;在计算上通过多参数规划将在线优化问题转化为线性函数计算问题,大幅度减少了计算量;在发动机从开环切闭环的过程提出一种增量式切换方法,实现无扰切换。数值仿真和硬件在环仿真结果表明,转速和压比稳态误差分别不超过±0.25%和±1%,控制器在25ms控制周期内能完成计算,满足嵌入式系统实时性要求。     

Research on Maintainability Evaluation Model Based on Fuzzy Theory

分析了产品维修性影响属性,给出了维修性属性值与权重的确定方法;提出了基于相对接近度的维修性模糊评价方法。以虚拟环境下产品维修过程为研究对象,在分析产品各可更换单元的维修作业的基础上,建立了产品维修性评价模型。最后结合民机主起落架系统给出了应用实例,结果表明该模型适用于产品维修性的定性评价并且能够支持维修性并行设计。     

用隐式近似因子分解法计算喷管跨音速流场

本文用隐式近似因子分解法结合贴体曲线坐标计算了定常、无粘、跨音速喷管流场,选择了参数变化比较剧烈的小喉部曲率半径喷管,陡壁收敛段喷管和潜入喷管三种算例.计算结果表明,该方法收敛快,并且具有良好的精度.Courant数可以取至7.这种隐式法与显式法相比较,花费的机时少得多.本文的方法可望推广到求解N-S方程、PNS方程,和二相有粘喷管流动计算.     

An improved quaternion Gauss–Newton algorithm for attitude determination using magnetometer and accelerometer

For the vector attitude determination, the traditional optimal algorithms which are based on quaternion estimator(QUEST) measurement noise model are complicated for just two observations. In our application, the magnetometer and accelerometer are not two comparable kinds of sensors and both are not small field-of-view sensors as well. So in this paper a new unit measurement model is derived. According to the Wahba problem, the optimal weights for each measurement are obtained by the error variance researches. Then an improved quaternion Gauss–Newton method is presented and adopted to acquire attitude. Eventually, simulation results and experimental validation employed to test the proposed method demonstrate the usefulness of the improved algorithm.     

基于浸入式边界法的叶栅颤振数值模拟

基于浸入式边界法建立了求解振荡叶栅非定常流动的快速计算模型,并在模型中添加湍流模型,使之能够考虑更加接近实际流动的情况。具体的方法是求解目前为止最常用的雷诺时均Navier-Stokes方程并添加低雷诺数湍流模型(Lam-Bremhorst模型,k-ε模型的一种)进行计算,为了验证该方法的正确性,分别对层流边界层和湍流边界层进行了数值模拟,计算结果与布拉修斯解和壁面率吻合得很好,证明了湍流模型的可靠性。在此基础上,对高雷诺数条件下的振荡叶栅进行了数值模拟。结果表明,折合速度是影响叶栅振荡的重要因素,这与层流计算的结论类似。值得注意的是耦合过程没有生成贴体网格,减小了计算时间,可以准确快速地模拟真实的叶栅流动情况。     

基于广义哈密尔顿原理Pflüger柱与简支板的有限元模型

本文首先对Pfluger柱以简单的方式与工程上习惯的形式列出它的广义哈密尔顿变分泛函,遂使这一非保守问题广义保守化。据此变分原理进行了有限元离散尝试性试验、讨论了这种有限元离散的特点、以显式提供了一种单元模型全部对称的矩阵。在证实Pfluger柱以发散型失稳之后,指出采用通常的瑞利商迭代技术便可简单地获得临界载荷。算例印证了理论也显示了数值上的效力。对于类似的简支矩形板,文中指出可利用Pfluger柱的单元矩阵简单地获得板有限条模型的有关矩阵。     

Spacecraft spin axis attitude determination

A mathematical formulation of the spacecraft spin axis attitude determination problem in the form of a norm constrained-least-squares minimization problem is provided. The formulation has a mathematically transparent interpretation as a search for the optimal unit vector on the surface of the unit sphere. Two algorithms are developed and compared by simulation. The results show a tradeoff between estimation accuracy and computational requirements. One algorithm is about three times more accurate than the other and is therefore recommended even though it requires about 20% more in computer storage and operations, and about 50% more in central processing unit time