基于建模误差识别的有限元动态模型物理参数修正

本文提出了一种有限元动力学模型的建模误差识别方法。根据建模误差识别,用灵敏度分析方法,选择建模误差大的子结构的结构参数进行修正,可以大大减小结构参数修正的计算量。本文还研究了不完整测试振型扩充方法和测试振型随机误差对计算结果的影响.     

基于VDI2230标准的螺栓连接载荷系数仿真计算与试验验证

在根据VDI2230标准进行螺栓连接强度校核的过程中，涉及到部分经验参数选择以及经验公式计算，其误差大小会影响最终的校核结果。本文以载荷系数作为研究对象，利用有限元与试验方法开展了一系列分析研究，首先验证了利用有限元方法计算载荷系数的精度范围和可行性；然后基于有限元方法对VDI2230标准中载荷系数经验公式的准确度进行了分析，得到了经验公式在部分情况下的相对误差大小。     

多刚体系统动力学的正则方程与辛算法

针对多刚体系统动力学数值计算精度的关键问题，首先采用Ｋａｎｅ方程导出了二阶形式的动力学方程，并研究了其中系数矩阵的恒等关系，进而建立了多刚体系统动力学的哈密顿体系并获得正则方程。在此基础上，分析了多刚体系统动力学数值积分的能量耗散现象，揭示其根源在于，数值算法用前一时刻值代替当前值。理论分析和计算结果表明，采用多刚体系统动力学的正则方程与辛算法的结合，可使多体系统动力学的数值计算性态得以改善，能有效消除“能量耗散”现象，从而使动力学计算的误差累积与违约得以控制，保证了计算精度。     

基于策略迭代的空间系绳载荷捕获自适应最优控制（英文）

研究了基于空间系绳系统载荷捕获后的摆振控制问题。载荷捕获会造成系绳的摆振并导致系绳偏离标称位置。由于捕获后系统存在未知的动力学参数,提出了基于策略迭代的自适应最优控制算法,应用于载荷捕获后系绳系统摆动的稳定控制。通过引入积分强化学习方法,在系统动力学未知情况下在线求解代数黎卡提方程。为了避免迭代方程求解的计算负担,采用最小二乘方法在线实施策略迭代算法。最后,通过数值仿真验证了算法的有效性。     

面向天线板热变形的有限元模型修正方法

为满足卫星天线板的在轨热变形测量要求,需要建立精确有限元模型模拟天线板热变形过程。蜂窝夹层板作为天线板主体结构,在有限元建模过程中通常需要对其进行简化处理,导致有限元计算结果与实验测量值之间存在差异。针对上述问题,进行了高温环境下天线板结构的热变形实验,得到温度场分布与热变形位移矩阵。通过对温度场拟合得到有限元模型热载荷。在此基础上,提出了利用天线板有限元模型与实验模型面外位移测量矩阵的均方根误差作为修正目标,基于多岛遗传算法的有限元模型修正方法,对模型材料参数与边界条件进行修正。修正后有限元模型的预测精度得到了明显提高。     

捷联惯导系统的圆锥误差补偿算法研究

非互易向量的确定与补偿是影响高动态、恶劣振动环境下捷联惯性导航系统姿态矩阵计算的重要问题。为了补偿由此引起的圆锥误差，本文对一些传统算法进行了分析和研究。由于以往各种算法一般都需要输入信息为角度信息，但对于高动态、恶劣振动环境，角速度信息更有工程意义，所以针对输入信息为角速度的情形，提出了一类新的姿态算法，通过对比传统的算法，新算法在同样计算量、存储量的情况下有较优的性能，算法的精度较传统的算法高。另外，对新的姿态算法进行了误差分析．为其参数选择提供了选择标准，有工程实用价值。     

工程分析中爆炸冲击载荷的计算方法

针对工程分析中爆炸冲击载荷计算的Conwep方法进行研究,根据爆炸冲击波传播特点,基于流动动力学数值模拟,总结和分析了爆炸冲击波从产生到传播的各个阶段中,压力、冲量、持续时间等影响参数的理论和经验公式,获得不同比例的入射压、反射压等冲击波参数,计算了Kingery和Bulmash经验模型参数,重构了爆炸波模型。并通过该方法对爆炸载荷作用下1050A-H14铝板的计算数据和试验结果进行了对比分析,验证了本文的ConWep算法的准确性,为工程分析爆炸冲击载荷计算提供了参考。     

弹体结构高置信度内载荷不确定传播分析

弹体结构内载荷的准确预示是导弹飞行器载荷设计的重要一环。本文针对弹体结构构建了一种高置信度的载荷不确定传播分析方法。首先基于非概率贝叶斯更新策略，构建了结构内载荷不确定输入参数区间模型后验概率的迭代过程，以获得不同区间模型的置信度。利用所筛选的最优置信度的不确定输入参数模型，基于勒让德正交多项式建立结构内载荷响应函数的近似函数，根据近似函数的零点特性求得载荷响应的区间上下界。结果表明本文方法能够为导弹飞行器结构载荷设计提供技术支撑。     

考虑动力学效应的结冰试验相似准则修正方法

结冰相似准则是将飞行条件转换为试验参数的重要理论方法，然而现有的相似准则多基于小水滴结冰过程而提出，其在应用于大水滴的相似转换时会出现较大偏差。针对这一现状，开展考虑水滴动力学特性的结冰相似准则研究。首先，基于ONERA相似准则，融入关于水滴变形破碎和飞溅动力学特性的相似参数，提出了修正的结冰相似准则；其次，基于这两种相似准则，采用数值模拟的方法计算获得了修正前后的收集系数，并对比验证了修正方法的有效性；最后，分析两种修正方法得到的试验参数随尺寸缩比的变化情况，给出了所修正的相似准则在结冰试验中的应用建议。结果表明，本文修正方法提高了局部收集系数的吻合度，降低了收集系数平均误差和撞击极限误差，且应用该准则得到的缩比试验参数在结冰风洞的设计范围之内。该修正方法可以为过冷大水滴结冰风洞试验相似变换提供指导。     

基于径向基神经网络的有限元模型修正研究

设计参数型有限元模型修正属于结构动力学反问题，其理论基础是将结构的特征量视为设计参数的函数。然后依据特征量对设计参数的一阶导数信息进行迭代求解。本文提出了一种基于径向基神经网络的有限元模型修正方法，把模型修正归结为正问题进行研究。首先将特征量视为自变量．设计参数视为因变量，以径向基神经网络逼近两者之间的非线性映射关系，然后利用神经网络的泛化特性直接求解设计参数的目标值。不但无需迭代求解，而且避开了反问题所面临的复杂的非线性优化计算。GARTEUR飞机模型仿真研究的结果表明．修正后设计参数误差在2％以内，模态频率误差在1％以内。     

塞块量热计的热流计算与修正方法研究

为减小塞块量热计的热流测量误差，对其热流计算与修正方法开展了研究。根据能量守恒原理和传热理论，建立了隔热套结构塞块量热计的传热模型和计算方法；通过对塞块量热计传热模型的仿真分析，给出了温升率提取方法和计算误差的主要影响因素；提出了直接比对标定修正方法和基于标定的数值计算修正方法。仿真和试验结果表明:两种方法均能较大幅度减小塞块量热计的热流测量误差，使其误差控制在5%以内；直接比对标定修正方法的误差相对更小，但要求热流标定系统能覆盖被测热流范围；基于标定的数值计算修正方法对热流标定系统要求较低，适用范围更广。     

叶片非线性瞬态响应计算方法与参数选择

在计算叶片的岛撞击响应时，为提高计算精度及降低计算成本，需要为待解的非线性动力方程组制定一个合理的求解方案，这包括选择系数矩阵的算法与非线性动力方程组的解法，以及选择主要计算参数，本文介绍了当使用ＡＤＩＮＡ程序计算平板叶片在冲载荷下的非线性瞬态响应时，对计算方法与计算参数的选择，算例说明了时间步长的重要影响作用。     

直升机尾桨定常载荷噪声的工程计算方法

对尾桨载荷噪声的预测方法进行了研究。尾桨载荷噪声用偶极子声源来描述;预测方法采用谐波法,即将尾桨载荷沿桨盘周向的周期性分布展开成各次谐波载荷的傅里叶级数形式,并代入用偶极子声源描述的声辐射公式中,从而求出尾桨桨盘外某观察点的声压级。理论推导和计算比较表明,在预测直升机尾桨定常载荷噪声时,其误差大小取决于算法中桨叶弦向载荷分布的数学描述与实际弦向载荷分布的吻合程度,并证明选取某种与实际弦向载荷分布较为相似的斜抛物线形来预测噪声误差很小。因此,可以将弦向实际载荷分布用某种弦向斜抛物线形载荷分布来代替,从而避免了计算桨叶实际载荷分布所带来的麻烦。最后,结合实际算例,对本文算法所产生的误差作了比较分析,并总结出了一个误差判据,从而使得本文算法能应用于直升机尾桨定常载荷噪声的工程计算。     

共轴刚性旋翼气动干扰数值计算方法

建立了一个适用于共轴刚性旋翼气动特性分析的数值模拟方法。该方法采用任意拉格朗日欧拉方法(Arbitrary Lagrange Euler,ALE)描述的可压缩Navier-Stokes(N-S)方程求解流场,采用低数值耗散的Roe格式进行空间离散;使用多重嵌套网格方法以模拟双旋翼的运动。针对共轴刚性旋翼配平,引入"差量修正"策略解决了传统配平中雅克比矩阵计算复杂的问题。首先,对Harrington-2共轴双旋翼的悬停气动性能进行了计算,然后,对某2 m直径共轴双旋翼的悬停及前飞状态进行了计算,并与试验值进行了对比。结果表明:在典型状态下拉力系数的计算结果与试验值误差在3%以内,扭矩系数的计算结果与试验值误差基本在5%以内;所采用的数值计算方法对旋翼涡尾迹特征具有较高的捕捉精度,可以有效模拟共轴刚性旋翼悬停和小速度前飞下的复杂流场及其细节特征。     

切比雪夫多项式在动态载荷识别中的应用

依据广义正交域理论,应用一维切比雪夫广义多项式的正交性解决单自由度系统动态载荷时域识别问题,获得了基本计算模型。通过假定数据条件下定频模拟激励动态载荷,根据满足普遍意义的单自由度系统动力学方程计算出系统的加速度响应,结合应用广义正交多项式进行载荷识别的基本计算模型进行动态载荷仿真识别,并将仿真识别结果和激励动态载荷进行比对,对比识别结果,确定一维切比雪夫广义加权正交多项式应用于时域动态载荷识别在理论上具有可行性。在理想条件下,飞行器单处测点满足单自由度系统,应用试验记录的其加速度响应,通过载荷识别计算模型对其动态载荷进行了识别,给出了时域内的载荷识别结果,由于对计算模型及识别对象做了简化处理,在一定程度上降低了动态载荷识别的复杂度,因此,在将结果应用到工程实际中时还需进一步拓展。     

摆线桨悬停状态气动特性及参数优化

为了进一步提高摆线桨的气动效率，本文对摆线桨的设计参数进行了优化研究。首先分析了流管模型的基本原理，基于薄翼振荡原理，结合动量和叶素理论建立了摆线桨的双盘-多流管非定常气动模型。然后，通过相关算例验证了模型的适用性，结果表明：实度较小时，准确度较高，而随着实度与转速的增加，桨叶之间的干扰加强，误差值增大。通过大量试验与计算数据的对比，总结了不同实度时，多流管模型的拉力修正因子。最后，基于双盘-多流管气动模型，应用遗传算法对摆线桨的相关设计参数进行了优化设计，优化后的功率载荷提高了12.4%左右。同时，对比发现优化后的摆线桨比旋翼具有更高的气动效率。     

Effective Estimation for UAV Propeller Performance

A new effective propeller performance estimation method is employed to calculate the propeller performance in the preliminary design of unmanned aerial vehicles(UAVs).The propeller three-dimensional aerodynamic characteristics leading to the blade tip vortices are considered to improve the blade element theory.The rule of the airfoil lift coefficient is summarized to enhance the calculation speed and the universality of this method.Then,wind tunnel test data of the propellers are used to verify the correctness of the approach.The error is less than9%,which is accurate enough in the preliminary design of UAVs.Sensitivity analysis is carried out with the variable empirical parameters,and the values of which only have slight influence on the calculated results.Compared with the strip theory,the proposed method avoids a very high number of iterations and complicated integral.Furthermore,only a few measurable data are needed to get a relatively accurate result.The calculation examples demonstrate excellent effectiveness in obtaining the propeller performance to improve the design of UAVs.     

发射系下SINS/GPS/CNS组合导航系统联邦粒子滤波算法

传统的扩展卡尔曼滤波(Extended Kalman filter, EKF)算法应用于未来高超、空天飞行器的组合导航系统时,因其模型线性化展开会导致模型不准确,从而引起导航精度下降;采用蒙特卡洛方法来实现递推贝叶斯估计问题的粒子滤波(Particle filter,PF)算法能有效避免引入线性化误差,具有一定的优势。据此,针对高超、空天飞行器在发射过程中通常需要直接获得发射惯性系下的高精度导航参数的需求,提高发射惯性系下弹载组合导航系统滤波算法的精确性就尤为重要,PF滤波算法无需对非线性系统进行线性化展开即可直接实现对非线性系统的状态误差估计。为此,本文将PF滤波算法引入空天飞行器SINS/GPS/CNS多信息融合组合导航系统,设计了发射系下基于联邦滤波器的PF滤波算法,实现了对组合导航系统状态参数的直接建模估计。算法仿真结果表明,相较于发射系下SINS/GPS/CNS组合导航系统联邦EKF滤波算法,PF滤波算法有效提高了组合导航系统滤波精度。     

开口风洞声阵列测量的剪切层修正方法

开口风洞中的相位传声器阵列测量，必须进行剪切层修正才能得到真实的噪声源位置信息。在0.55m×0.40m声学风洞中开展了剪切层修正的实验研究，得到了不同风速条件下的剪切层速度剖面、声波传播延迟时间和声源定位的结果。根据实验结果，对剪切层速度剖面的Gortler理论解进行了验证，并对比分析了4种剪切层修正方法。研究结果表明:选择自相似参数σ=9，ξ₀=0.2时剪切层速度剖面测量值与理论值符合较好；剪切层厚度与轴向距离的关系为y=0.15x；马赫数Ma≤0.3、测量角θ_m在40°~140°范围内，不同剪切层修正方法对声波延迟时间计算结果的相对误差在1%以内。提出了射线追踪快速计算方法，该方法较常规射线追踪法的计算速度可提高2个数量级，从而使其适用于声阵列在线测量。