在低速风洞中测定飞机旋转动安定性导数的理论和方法

用实验的方法准确地测定出飞机各部件或整架飞机的旋转动安定性导数是具有重大实用的价值。因为从目前飞机从有人驾驶走向无人驾驶这一发展方向来看,旋转动安定性导数不谨对于研究飞机本身的振动形式特性和动安定性密切相关,而且与自动驾驶仪控制系统的设计很有关系。靠理论上估算它,是相当不可靠的,必须经过实验。因此,     

尖前缘任意翼型的超音速和高超音速俯仰安定性导数

本文推广了文[1]的欧拉方程摄动法,讨论了尖前缘任意翼型俯仰安定性导数的计算方法,并应用该方法计算了双圆弧翼型的俯仰安定性导数,其数值结果与文[2]的超音速线化位流方程有限差分法的数值结果比较,更接近于实验值。在激波附体的条件下,本文的方法可用于计算大迎角尖前缘任意翼型的超音速和高超音速俯仰安定性导数。     

高超声速飞机纵向通道的多级模糊逻辑控制

针对飞行过程中高超声速飞机的纵向模型具有不稳定的动态特性,多变量之间的强耦合以及易变的模型参数,采用多级模糊逻辑控制为其纵向通道设计飞行控制系统。该系统由控制内环和控制外环组成,控制内环用于稳定纵向的飞行姿态,控制外环可以确保高超声速飞机对指令信号的准确响应,将两者结合起来设计的飞控系统具有高度非线性解耦控制能力。因其控制过程不依赖于高超声速飞机的精确模型,故保证了系统的强鲁棒性能。仿真研究表明,该控制系统可以维持高超声速飞机的纵向稳定性能。     

高速风洞支架干扰数值修正研究

提出了一种计算高速风洞支架系统对飞行器模型纵向气动力干扰量的数值计算方法 ,从跨声速全位势积分方程出发 ,编制了适用于飞行器全机模型及其带支架情况下的跨声速绕流计算程序。通过对双垂尾模型和GBM 0 3模型两个算例的计算 ,讨论了尾支撑位置及其几何外形参数对模型气动力的影响 ,并对GBM 0 3模型带短支杆情况下的纵向实验结果进行了修正。表明该方法对于分析研究风洞模型支架干扰问题并进行支架干扰修正是可行的、有效的 ,可以作为选择尾支撑位置及其几何外形参数和对跨声速风洞纵向实验结果进行支架干扰修正的工具。     

高超音速飞行器的模糊滑模变结构控制

针对高超声速飞行器具有强耦合、快时变和高度非线性的特点,本研究采用反馈线性化方法,对高超声速飞行器的纵向模型进行输入/输出精确线性化,实现了控制量的解耦。然后基于线性化后的纵向模型,设计了一种模糊滑模控制器,先采用基于动态逆控制的滑模变结构控制器,对模型已知的部分进行精确控制;采用基于模糊函数逼近器,针对模型的不确定性进行自适应补偿控制。最后对某高超声速飞行器的纵向飞行控制进行仿真。结果表明,线性化模型在仿真层面上是正确的,控制方法在仿真层面上是有效性的。     

液体运载火箭纵向振动结构动力学模型应用研究

在液体运载火箭结构动力学工程研制设计中,为了进行POGO分析和星箭耦合载荷仿真预示,一般需要进行运载火箭纵向结构动力学模型的建立及其纵向动力学特性计算,建模过程中重点关注环节是加注液体推进剂的贮箱的简化建模,为了克服MSC.Nastran虚质量法计算耗时长的劣势和单质量块简化模型高阶频率计算精度较差的缺点,基于文献方法进行了多质量块简化模型的推导和建立,通过算例表明,采用多质量块简化模型在保证计算精度的同时,可以大大提高计算效率。     

CO2焊外加纵向磁场的数值计算

针对CO2焊时与电极同轴的单个轴对称空心圆柱线圈在励磁电流作用下产生的外加磁场，采用积分方程法建立了磁控CO2焊外加纵向磁场的计算模型，对CO2焊外加磁场进行了数值计算，该方法具有模型简单、计算速度快和精度高等优点，并与实际测量结果进行了比较。计算及实验结果表明，利用所建模型计算得出的外加纵向磁场分布是准确的、可靠和有效的。     

运载火箭动特性中推进剂纵向质量分散建模方法

将贮箱箱底建模为环段,采用递推公式将推进剂纵向质量分散到环段,代替目前广泛应用的柱段底点纵向耦合质量单元方法,建立了运载火箭动特性模型。分析表明各环段分散量均匀并呈单调递减趋势。计算结果和试验对比表明该建模方法能获取更为精确的模态计算结果。     

考虑平稳风修正和塔架干扰的风力机叶片3-D风场模拟

为准确模拟风力机纵向、横向和垂直向的3-D随机风场,以南京航空航天大学自主研发的NH1500风力机为例,首先采用考虑沿高度变化的指数模型、塔影效应影响的潜流模型和上游风机尾流影响的涡流粘度模型对平稳风进行修正。然后基于空间变化的改进Von Karman风谱模型,结合谐波叠加法模拟风力机的来流脉动风速时程,再利用改进的叶素-动量理论获得考虑叶片旋转效应和塔架-叶片相干效应的风力机纵向、横向和垂直向3-D随机风场。该方法充分考虑风力机风场模拟的外界干扰因素和自身特性,提高了风力机系统风场模拟的准确度。算例分析表明,本文方法可以准确地模拟给定风环境的风力机系统3-D风场。     

四旋翼倾转飞行器操纵冗余设计

建立了四旋翼倾转飞行器旋翼、机翼、机身的非线性气动模型和飞行动力学模型,并在Matlab/Simulink环境下搭建了仿真模型,根据仿真模型计算各个操纵面的操纵效率,确定了不同状态下各个通道需要用到的操纵方式,结合飞行动力学模型和操纵方式,在纵向通道上进行了全包线的配平计算,表明了操纵策略的可行性。     

基于边条优化外形的全机纵向响应与增升效果研究

用遗传基因算法优化设计了翼-身-尾全机模型机翼边条.通过求解全机纵向运动状态方程,分析了全机模型带与不带机翼边条时纵向动态响应问题.涉及的气动力、力距和纵向稳定导数等则由三维低阶板块法计算获得.通过优化设计,新的带有机翼边条的模型飞机,其升力线斜率可明显提高.当Ma=0.4-0.9时,斜率约提高13%-17%;当Ma=1.5时,约提高12%.数值计算结果表明:在装有机翼边条时,由于短周期频率和阻尼比的提高,飞机对在交战飞行时特别的偏转控制输入响应敏捷.最后,给出了部分基于板块法的气动力结果与Cy-20飞机飞行试验数据的比较.     

基于ADS-33的直升机纵向操纵响应研究

美军航标ADS—33E—PRF对直升机操纵性的评价方法进行了重大革新，用带宽及相位滞后、动稳定性和快捷性来评价直升机的操纵性。本文首先对ADS—33E—PRF中有关带宽和相位滞后、动稳定性及快捷性的要求和指标进行分析讨论；建立了带宽和相位滞后、动稳定性及快捷性的计算模型，计算模型为线性模型并计入了操纵机构对带宽和相位滞后、动稳定性及快捷性的影响。最后，计算了样例直升机纵向通道的带宽和相位滞后、动稳定性及快捷性，并给出了样例直升机纵向通道的操纵性品质等级。结果表明本文提供的方法能合理地评价直升机的操纵性。     

液体运载火箭充液贮箱箱底纵向刚度数值求解

基于弹簧—质量简化模型进行液体运载火箭充液贮箱纵向结构动力学建模分析时,需要考虑贮箱箱底的刚度影响,Larry D.Pinson基于线性薄膜理论推导了充液贮箱椭球箱底的纵向刚度模型,本文基于有限元方法进行了贮箱箱底刚度的数值求解,计算结果与文献方法进行了比较,计算结果一致,同时数值求解方法可以较好地解决厚度不均匀以及异型的贮箱箱底的刚度求解。     

超声速气流中液体横向射流空间振荡分布建模

针对超声速气流中液体横向射流的空间振荡分布特性开展试验研究，建立射流/喷雾在纵向和三维空间内的振荡分布预测模型。试验在Ma2.1下吹式风洞中进行，采用脉冲激光背景成像方法和基于PIV原理的倾斜成像方法分别捕捉纵向和不同横截面上的喷雾瞬态分布结构，涉及的研究参数及其变化范围包括:超声速来流总压（642~1010kPa）、液体喷孔直径（0.48~2.07mm）、距离喷孔的流向距离（10~125mm）以及液气动量比（0.11~10）。通过研究，提出并定义一种用于定量描述射流/喷雾空间振荡分布的无量纲参数——喷雾分数（γ），基于喷雾分数开展了纵向喷雾振荡分布研究，建立了纵向边界带模型，并开展了模型准确性验证。研究并发现了横截面上喷雾振荡分布呈"Ω"型，提出spray body和spray foot的分区概念，构造egg-shape曲线对spray body区域的喷雾分数等值线进行拟合，建立了egg-shape曲线方程中6个关键系数的系数模型，进而建立了超声速气流中液体横向射流空间振荡分布预测模型。     

POGO振动研究的一种新建模方法

现有分析运载火箭POGO振动（纵向耦合振动）的模型有两种,即传递矩阵模型和Rubin提出的状态方程模型。考虑到这两种模型的不足之处,从分布参数描述的偏微分方程出发,采用分离系数法,得到形式简单的微分方程,并应用分段三次Hermite插值得到了新的管路模型。将新管路模型应用于系统,通过对三种模型计算得到的管路频率的比较,验证了新得到的形式简单的管路模型,有较好的精度。     

4m×3m风洞无人机模型振动抑制系统研制

在4m×3m低速风洞大展弦比无人机试验中,出现了纵向大振幅振动问题.通过试验观察和支撑系统的有限元计算,在不破坏风洞结构和不改变原模型姿态角变化范围的条件下,气动中心低速所研制了一套抑振装置.该装置成功应用于多个无人机型号试验,有效地抑制了纵向大振幅振动,提高了大展弦比无人机低速风洞试验数据的精准度.     

基于复合形法飞机纵向运动供油策略优化

飞机燃油系统是飞机的核心系统之一,对飞机安全可靠飞行至关重要.为解决飞机纵向飞行时,因多油箱供油量分配不合理产生飞机质心的偏移问题,本文通过分析飞机供油原理,建立飞机纵向运动供油质心模型,在此基础上,采用复合形法根据飞机俯仰角和各油箱油量实时确定飞机的最优供油策略.仿真结果表明,给定飞机要求质心变化后,通过本文方法确定...     

轴对称运载器纵向动力响应分析方法的改进

这份NASA报告刊出的是由Archer和Rubin提出的用有限元分析运载火箭轴向动力特性和动力响应的新方法。该方法是将火箭的主要部段——贮箱取成壳元,而贮箱内的燃料则取为液体元(不考虑液体刚度),其它非对称部件取成弹簧-质量单元。用这种组合模型可以用较少的自由度计算轴对称液燃火箭的纵向动力特性和动力稳态响应。该方法曾用于登月的土星V运载系统的轴向动力计算,也用于航天飞机哥伦比亚号主燃料箱的纵向动力计算,还用在法国阿里安火箭的纵向动力计算,都取得了较好效果。文章对所用公式有较详细的推导,对程序也做了一定的说明,该方法和程序具有较大实用意义。     

运载火箭热分离时结构纵向响应计算

本文将运载火箭简化为弹簧——质量模型,并用有限元逐步积分的方法,计算了一、二级热分离时结构的纵向响应。计算结果和飞行试验测量的结果比较一致。因此,本方法可用来确定运载火箭各部段结构设计的载荷。     

纵向无垫圈螺栓连接系统的密封性分析和轻量化设计

纵向无垫圈螺栓连接系统在工程中有着广泛的应用。然而,由于受到较多的设计变量和安装边间复杂接触状态的影响,其密封性分析和轻量化设计依然是一个难题。本文系统地分析了设计变量与密封失效的关系,有效地降低了设计变量的数目。通过适当修改Ma等人~([11])的螺栓连接等效力学模型,能够准确预测螺栓孔处密封失效时的临界状态。最后,本文提出了纵向无垫圈螺栓连接系统轻量化设计的优化列式,并进行了数值实现和三维有限元验证。