有控飞行器非线性气动模型结构的确定（II）

针对非线性气动模型结构中必然存在的共线性问题，冲破传统模型结构确定方法的束缚，提出了基于共线性诊断和主元回归及主元分析筛选变量法进行非线性模型结构确定的新思想，有效地解决了非线性模型结构确定问题，进而首次讨论了本文给出的模型结构确定方法与最优输入设计及参数可辨识性三者间的关系，某型飞行器非线性气动模型的确定证明了本文方法的有效性。     

有控飞行器非线性气动模型结构的确定（Ⅰ）

非线性气动模型结构确定是飞行器参数辨识中极其重要的问题。首先给出了非线性气动模型的数学描述,在此基础上,以导弹纵向及侧向运动方程为例,首次系统地分析了有控飞行器非线性气动模型结构确定中必然存在的共线性问题。频域分析过程清晰地表明在通常的试验情况下,m_z~α及m_z~(ω_z)是不可单独辨识的,从理论上解释了国内外一直不单独辨识它们的原因所在。指出原有的模型结构确定方法,如AIC准则,逐步回归等已不再适用于非线性气动模型结构的确定。同时对参数的可辨识性也作了一定的讨论。     

基于响应面插值的非线性气动弹性计算

飞翼、大展弦比低雷诺数气动布局容易在小迎角的条件下出现气流分离,会带来明显的非线性气动力问题,同时气动弹性带来的影响亦不可忽略。针对此类布局提出一种建立基于径向基函数插值的非线性压力系数分布模型的方法,利用径向基函数插值建立面元上压力系数对迎角导数的响应面,将压力系数积分并通过无限板样条(IPS)方法进行气动结构多次迭代插值实现非线性气弹分析。结果验证了该方法对于静气动弹性分析的有效性,同时能准确地反映弹性带来气动效率的降低和变形对升力及阻力的影响。     

非线性气动参数识别

本文归纳了目前非线性气动参数识别研究的基本问題、发展概况井作简要评述和预测。主要阐述三个问题:非线性气动参数的数学模型;确定非线性气动参数数学模型的优选判据;非线性气动参数识别算法。     

低雷诺数下翼型非线性气动特性及其模型预测

以GA(W)-1翼型为研究对象，通过数值模拟的方法探究了雷诺数对翼型气动特性的影响规律及物理机制，结果显示：翼型在低雷诺数工况下具有突变性、迟滞性等强烈的非线性气动特性，且迟滞环的尺寸随着雷诺数的增大而逐渐减小直到最终消失，翼型前缘分离泡的破碎及该过程的不可逆性是非线性气动特性产生的物理根源。翼型在不同雷诺数工况下的非线性气动特性与尖点突变模型在空间拓扑上具有相似性，于是基于拓扑不变原理，通过发展高精度的拓扑映射方法，构建了尖点突变模型的平衡曲面与翼型非线性气动特性之间的拓扑映射关系，从而利用尖点突变模型的平衡曲面去预测低雷诺数下翼型的非线性气动特性，模型预测误差在5%以内。     

基于CFD/CSD的非线性气动弹性分析方法

提出了一种基于计算流体力学/计算结构动力学(CFD/CSD)的非线性气动弹性分析方法,并应用于切尖三角翼的非线性颤振和极限环振荡(LCO)研究。该方法将非线性有限元(FEM)和CFD计算相结合,并辅以高精度的界面插值,能够分析结构和气动非线性共存的气动弹性问题。结构部分以四边形平板壳元为基础,采用更新的拉格朗日(UL)方法分析结构大变形引起的几何非线性问题。气动部分以Navier-Stokes(N-S)方程作为控制方程,采用CFD方法计算跨声速气动力。机翼的非线性颤振计算表明了方法的有效性。最后应用该方法研究了切尖三角翼的LCO现象,其计算精度明显优于已有结果。     

非定常气动力非线性微分方程建模方法

为准确描述过失速机动中非定常气动力特性,研究了以非线性微分方程为基本结构的非定常气动建模方法.基于动力学系统建模思想,分析揭示该模型的物理机理,并发展和改进了基于风洞强迫振荡试验的模型参数辨识方法:基于小振幅试验数据,采用线性回归参数辨识方法辨识确定气动模型中特征时间常数等线性参数;基于大振幅试验数据,采用遗传算法全局...     

多级轴流燃气涡轮几何和气动参数的最佳选择

将多级轴流燃气涡轮的设计问题表述为以设计工况内效率的最大值为目标函数，带有多种气动与结构的约束条件的多维非线性数学规划问题，采用Craig-Cox模型计算气动损失。用SUMT－外点法将有约束问题化为无约束问题，再用Sargent改进的Powell方法借助于抛物线拟合一维搜索得最优解，给出了有关数值算例。     

克服复共线性影响的方法探讨

数据建模是参数估计与精度估计的主要手段，也是实际工程中进行系统故障诊断与修复的主要途径。然而，由于变量之间的复共线性性，严重影响了目前广泛应用于工程实际中的最小二乘方法、主成分估计等方法的收敛性与估计精度，也成为制约各种估计方法实用效果的主要原因。本文详细分析了复共线性影响参数估计的机理，全面讨论了克服复共线性影响的几种常用方法的思想及优劣，并给出了工程实际中在参数估计方面应注意的问题。     

航空发动机故障诊断主因子选取相似系数法

针对目前航空发动机气路故障诊断主因子模型中计算量大、故障方程多重共线性的问题,提出了主因子选取的相似系数法。通过计算故障模式和测量参数偏差之间的相似系数来选取故障方程的主因子,避免了对全部可能的主因子组合的计算。讨论了利用方法求解时的方程共线性问题,并对比了直接利用主因子模型求解的计算结果,结果表明,提高了故障诊断结果的可判断性,使故障诊断更加迅速可靠。     

舵面损伤的气动模型及故障检测研究

针对飞机舵面损伤故障检测和诊断的气动模型和飞行状态限制，提出了在线故障模式预测方法，并使用某机的故障及正常风洞数据建立了舵面损伤非线性气动模型。最后，仿真验证了该方案的气动模型独立性、飞行状态及操纵的适应性。结果表明，该方法可提高自修复飞控系统中舵面损伤故障检测算法的适用性和工程应用能力。     

静气弹中非线性气动力建模方法与分析

大展弦比低雷诺数气动布局容易较早出现气流分离,会带来明显的非线性气动力问题。针对此类布局提出了一种建立基于Kriging插值的非线性压力系数分布模型的方法。从Navier-Stokes方程计算的不同状态下飞机的压力系数中提取不同坐标的系数。利用Kriging插值函数建立CFD压力系数对迎角导数的响应面,将插值结果代入偶极子网格法(Double-Lattice Method,DLM)修正其线性方法。利用无限板样条(IPS)方法进行气动结构耦合,实现了有限元结构的非线性气弹响应分析。算例结果验证了方法对于静气弹分析的有效性,同时能准确地反映弹性带来的气动效率的降低和非线性力矩特征。     

基于新型高维代理模型的气动外形设计方法

随着现代飞行器性能需求的不断提高，飞行器精细化气动优化设计要求更高可信度的CFD数值分析及更多的独立设计变量，使得基于代理模型的全局优化算法在超过一定的设计变量后显著降低了效率，难以满足复杂工程的设计需求。而目前的高维代理模型过程复杂、时间花费高，缺乏对工程问题的广泛适应性。针对以上难题，提出了利用监督式非线性降维代理建模方法来缓解代理优化过程中的高维变量设计难题。该方法将核主成分分析（非线性）降维与高斯回归过程模型统一训练，自适应构建新型高维代理模型，并随着优化过程不断学习改进模型，建立了从高维输入到输出的准确映射，有效解决了传统高维代理模型训练时间花费高和适应性差等难题。然后基于该新型代理模型发展了适用于飞行器复杂气动设计的高维全局优化设计方法，并将其应用到美国航空航天学会（AIAA）优化小组发布的2个复杂跨声速优化算例中。通过与传统代理优化方法全面比较，验证了所提的方法能大幅提高飞行器高维变量全局优化效率和全局寻优能力。     

线性模型参数的压缩估计及其优良性

本文论述线性模型中设计矩阵具有复共线性时的参数估计问题。文中运用了广义压缩估计方法,给出了压缩参数的近似确定法。还讨论了压缩估计的优良性。所提供的方法改进了估值的性能。     

叶盘结构非线性振动频域分析方法研究综述

由于结构参数不确定和各种局部非线性因素的共同作用,导致叶盘及转子结构的振动失效,严重影响发动机部件的疲劳寿命及正常使用。本文概述了叶盘系统的非线性振动及控制问题。从失谐、周期解计算方法、非线性模态、干摩擦阻尼影响、裂纹及碰撞、流固耦合等几方面介绍了叶盘振动问题的研究进展。针对叶盘及转子结构参数不确定振动抑制问题,分析了局部非线性结构的鲁棒优化设计方法。最后,提出了叶盘及转子结构振动响应分析方法研究所要解决和关注的若干问题。     

一种减小再入飞行器侧向气动非线性的布局优化方法

为改善升力式再入飞行器在跨声速段出现的侧向气动特性非线性问题,发展了一种基于Kriging代理模型的自适应迭代气动布局优化方法。设计了一种常规升力式再入飞行器布局,计算了该布局在跨声速段的侧向气动力,分析了可能影响侧向气动特性的机翼布局参数。根据气动布局优化流程,计算了气动布局样本气动特性,建立了布局参数到侧向力矩系数导数的代理模型,完成了以减小飞行器侧向非线性为目标的布局优化设计。优化布局的气动特性计算结果表明,所发展的方法是可行和有效的。该项研究为再入飞行器减小侧向气动非线性提供了新的布局设计途径,有利于降低控制系统设计难度,保障飞行安全。     

直升机飞行力学线性变参数建模方法研究

针对直升机飞行力学建模问题,分别基于模型缝合及模糊逼近提出了两种线性变参数(LPV)建模方法。在模型缝合方法中,基于经过滤波加权的飞行速度进行气动导数和操纵导数的插值,完成气动力的实时计算,结合非线性欧拉运动方程完成LPV模型的建立。在模型逼近方法中,建立了基于T-S模糊模型的非线性状态空间逼近模型,采用anfis结构完成了模糊模型训练。利用UH-60直升机非线性模型生成了不同飞行速度的线性状态空间模型,并分别通过两种方法建立了两套LPV模型。最后,基于频率响应和泰尔不等系数对典型LPV建模参数对模型精度的影响特性进行了分析。     

直升机旋翼对尾桨非定常气动载荷的影响

悬停和侧滑状态的直升机主旋翼桨尖涡将穿透尾桨桨尖平面,由此导致尾桨非定常气动载荷发生明显变化。为更准确地模拟由主旋翼/尾桨干扰产生的尾桨非定常气动载荷变化,通过在面元压力项中增加由旋翼桨尖涡诱导的时变项,体现旋翼桨尖涡速度和几何时变对桨叶非定常压力的影响,同时采用涡面镜像法修正涡粒子法的黏性项,确保桨叶附近区域旋翼涡量守恒,建立旋翼尾迹对尾桨叶的非定常气动干扰模型,并耦合面元/黏性涡粒子法,构建直升机主旋翼/尾桨干扰下的尾桨非定常气动载荷分析方法。通过计算AH-1G旋翼桨叶非定常气动载荷特性,并与实验测量值、计算流体力学(CFD)计算结果对比,验证本文非定常气动干扰模型的有效性。随后基于NASA ROBIN(Rotor Body Interaction)模型分析悬停、侧风和60°右侧滑状态主旋翼对尾桨非定常气动载荷的影响,分析表明主旋翼尾迹对尾桨非定常气动载荷影响显著。悬停状态的主旋翼/尾桨干扰导致尾桨拉力平均值下降、非定常气动载荷显著增加;左侧风状态,主旋翼/尾桨干扰削弱尾桨"涡环"程度,显著增加尾桨拉力和非定常气动载荷;60°右侧滑状态,主旋翼/尾桨干扰导致尾桨拉力损失最大,且在低速侧滑状态出现尾桨拉力"迅速恢复"现象,尾桨非定常气动载荷幅值迅速增加。     

飞翼式客机机翼气动/结构综合优化方法研究

针对目前在飞翼客机机翼优化过程中对气动弹性效应考虑不充分、气动/结构耦合不充分的问题,分别对飞翼客机机翼的CFD（Computational Fluid Dynamics,简称CFD）气动模型、平板气动模型和三维板杆模型进行参数化建模,开展了针对飞翼布局客机机翼的气动/结构综合优化设计的研究,搭建了一套基于Kriging模型的前瞻性设计方法,获得了机翼最优的气动外形和结构构型,在有效降低机翼结构重量的同时,显著地减少了气动阻力。在满足精度及效率的前提下,气动子学科选用亚声速偶极子格网法以及基于Euler方程的CFD方法,结构子学科选用有限元分析方法,优化算法采用遗传算法。     

双吊舱联翼布局太阳能飞机气动弹性建模研究

太阳能飞机一般都是大展弦比形式,气动弹性问题非常突出。先对飞机进行受力分析,确定在建立结构模型时需要考虑的关键问题,然后通过静力学分析确定吊舱所在位置,之后根据飞机外形参数建立详细的机翼结构模型和气动模型,再将飞机的结构模型和气动模型连接起来。对整个模型进行的气弹算例计算结果表明,这种建模是合理的。