一种连续式跨声速风洞总压控制方法设计

总压是连续式跨声速风洞关键流场参数,高总压控制精度能提高试验数据的准确性,加快调节速度对缩短马赫数极曲线时间具有重要意义。针对连续式跨声速风洞试验工况多、调节手段多等特点,对连续式跨声速风洞压力调节系统及多种流场调节手段下的压力耦合特性进行分析研究,建立了连续式跨声速风洞总压控制精度和调节阀特性的对应关系,并以此设计出不同工况的阀门组合控制策略,采用分段变参数加模糊PID控制算法实现总压的闭环控制。风洞试验结果表明:在保证每条马赫数极曲线时间的同时,总压控制精度达到0.1%,控制方法能够有效满足连续式跨声速风洞总压控制要求。     

三容实验系统的变结构PID控制

基于非线性系统的反馈线性化,介绍了一种变结构PID控制方法．该方法能够有效地改善有控制量约束系统的控制性能．以某试验系统为被控对象,在对其进行反馈线性化同时实现静态解耦的基础上,给出了变结构PID控制的实验结果,并与常规PID控制进行了比较．结果表明了变结构PID控制的优越性．     

风洞供气控制系统数字阀的设计与应用

随着风洞供气试验所需的指标越发苛刻,模拟调节阀已经无法满足要求,同时针对目前PCM数字阀和PWM数字阀存在的缺陷,提出了一种PCM+PWM数字阀,通过PCM数字阀提供基准流量,PWM数字阀在基准流量的基础上再进行脉宽调节,以满足供气试验的要求。文中介绍了数字阀的研究现状、设计指标、喷嘴的类型选择和结构设计、喉道面积的分配、电磁阀参数计算和型号选择,以及基于PID的流量调节运算方法,并通过多次调试、优化参数,性能测试,最终开展了多项供气试验。试验结果表明,数字阀在风洞供气控制系统中的应用是成功的,试验流量绝对控制精度优于±3g/s,且响应时间短、调节范围宽和可靠稳定等特点为风洞供气试验提供了强有力的支撑。     

电弧加热器变参数运行技术研究

电弧加热器通过调节空气流量和电弧电流实现变参数运行,可以更接近实际地模拟飞行器再人轨道。笔者论述了电弧加热器变参数运行的技术原理、试验设备改造、测试探针研制及原理性试验等。研究结果表明：供电、供气、控制等系统经过适当改造,电弧加热器可以实现变参数运行。     

某型机供气分配系统故障分析与设计改进

本文对某型机空调供气分配系统出现的问题进行了研究,通过运用流体仿真手段对供气分配系统的压力损失、温度、流量和流速进行计算分析,并与空调系统性能试验结果进行对比分析,选择合理的驾驶舱和客舱分配比例,最终确定了空气分配系统的改进方案,改进后的供气分配系统操作简单,维护方便,经试验测试性能满足空调系统设计要求。     

脉冲风洞发动机试验多油位多时序高精度燃料供应系统

针对脉冲风洞超燃冲压发动机试验要求燃料供应快速、稳定、精确的特点,设计了一套燃料供应系统,可多油位多时序高精度地实现试验模型燃料供应、模型点火器气源供应、气体节流气源供应等功能.该系统供应的燃料为乙烯、甲烷、氢气及其混合物.采用压力补偿装置,保持燃料稳定供应,实现燃料当量比精确控制.设计了由电磁阀和气动阀组合而成的快速供气阀门,阀门开启时间小于20ms,关闭时间小于30ms,实现燃料的安全、快速供应.对超燃发动机模型不同油位设计了专门的供油回路,通过电磁阀控制系统,实现多个油位不同时序的控制动作,时序控制精度达到1ms.给出了详细的系统设计回路,并对关键部件参数进行了计算.点火试验表明该系统可以为点火器提供稳定的空气和氢气,点火器正常时间超过500ms.在脉冲式直连式试验台上,进行了乙烯燃料超燃发动机试验,对该套供油系统进行了测试.试验监控了供油管道及模型壁面的压力分布,供油压力在试验时间内波动小于3%,发动机壁面压力显示燃烧性能良好.空气节流试验表明,该系统提供的时长为100ms、压力为4.7MPa的节流空气成功点燃了乙烯.     

静力试验加载系统建模及PID参数优化方法

液压加载系统是结构静力试验系统的重要组成部分,试验前通过数值模拟了解加载系统的特性,优化控制参数,对于提高静力试验效率和精度具有重要意义。本文建立了静力试验加载系统的液压-结构-控制耦合动力学模型,采用遗传算法进行PID控制器优化,分析了不同系统性能优化指标对控制效果的影响。研究结果表明:采用遗传优化算法结合ITAE性能指标可以得到较优的PID控制参数。     

2.4犿跨声速风洞连续变迎角试验关键技术研究

在2.4m跨声速风洞开展连续变迎角试验技术研究中,遇到了3个难题:跨声速流场被持续扰动,快速精确补偿困难;试验有用信号频率与干扰信号频率产生重叠,降噪处理困难;信号间不同步对试验数据的影响增大,信号精确同步困难。采用总静压滤波优化和PID(Proportional Integral Differential)调节优化等方法提高流场快速跟随性,硬件+软件+小波等复合滤波方式进行降噪处理,并利用互相关函数实现各信号的精确同步,建立了2.4m跨声速风洞连续变迎角试验技术。使用J7等标模对该项技术进行了验证,结果表明,上述问题均得到有效解决,连续变迎角试验流场犕犪数稳定在±0.002范围内,数据的精准度达到阶梯测力试验水平。     

基于多源数据融合的翼型表面压强精细化重构方法

在风洞试验模型表面布置测压孔是获得表面压力分布的重要手段，但受限于空间位置和试验成本，通常难以在复杂模型表面布置足量的测压孔获得完整的表面压力分布信息，直接积分获得的升力和力矩精度不足，因此提出了一种融合稀疏的风洞试验数据和数值计算（CFD）数据的方法，通过较少的风洞测压试验数据获得高精度的压力分布。首先通过本征正交分解技术提取数值计算数据的压力分布低维特征（POD基函数），然后利用稀疏的试验测压数据，通过压缩感知算法获得基函数的坐标，最后将坐标转化到物理空间重构出压力分布。利用定常固定翼型变状态以及变几何变来流状态算例验证该方法的精度，重构结果均能精确匹配试验结果。该重构方法可在一定程度上解决空间受限稀疏观测条件下的分布载荷精细化重构难题。     

大型低速翼型风洞侧壁边界层控制系统研制

介绍了NF-3大型低速翼型风洞多喷嘴级联吹气侧壁边界层控制系统的结构和原理.为验证本系统的功能和性能,采用侧壁吹气方案并使用增量式PID控制算法进行气源压力的控制,对具有增升装置的GAW-1翼型进行了侧壁边界层吹除试验研究.试验结果表明:(1)使用侧壁吹气系统后翼型模型中间截面最大升力系数由2.79增加到2.84,增加幅度1.8%,且模型端面截面的升力系数与中间截面的升力系数基本上相等;(2)利用增量式PID控制算法对气源压力的精确控制较好地完成了风洞侧壁吹气功能,改善了翼型表面流动,减小了侧壁边界层对翼型试验结果的影响.     

模糊PID控制在温湿度控制系统中的应用

针对模糊控制的不足和ＰＩＤ控制的缺点提出了一种智能温湿度控制的方法。该方法把模糊控制技术和ＰＩＤ算法结合起来,采用多模态分段控制设计出温湿度控制系统。通过半实物仿真实验可知,该方法对多变量、强耦合、大惯性对象的控制是非常有效的,具有超调小,调节迅速和上升时间短的特点,且具有很好的鲁棒性。     

空间载荷机柜热控设计的仿真研究

空间站主动热控系统的作用是提供和保持航天员、仪器设备和结构部件所要求的温度、湿度和风速等热环境。本文以空间载荷机柜为热控系统的基本单元,建立了以单相流体循环回路为基础、采用液冷结合风冷的冷却方式的载荷机柜数学模型;介绍了模糊增量控制算法的工作原理;提出了采用模糊增量控制算法,以液冷支路进出口温差和风冷支路冷却量占总冷却量的比值为控制目标的反馈控制策略。同时文章采用数值模拟方法研究了控制系统的动态响应效果。仿真结果显示,模糊增量控制算法具有响应迅速、超调量小、无静态误差的特点,控制策略满足有效性、稳定性和高精确度的要求。     

2.4m跨声速风洞压敏漆测量系统研制与应用研究

近十几年来,由于压敏漆(Pressure Sensitive Paint、PSP)测量技术的不断完善与发展,国际上主要空气动力试验机构逐步将其应用于2 m量级工程型风洞,完成模型表面压力测量、模型表面流动显示与 CFD 结果验证。在2.4m跨声速风洞建立了双组份、多光源和多CCD的PSP测量系统,解决了大型暂冲式跨超声速风洞试验存在的模型表面温度变化、光照均匀性与强度变化,以及模型振动、试验数据修正、喷涂与压敏涂料校准等诸多影响PSP测量结果精准度与可靠性的问题,并成功应用于大飞机测压模型和三角翼测压模型压力分布测量试验。试验结果表明:在小迎角范围压敏漆涂层对模型表面压力分布影响不明显;在试验马赫数0.4~0.82、模型迎角-4°~4°范围,PSP与传统电子扫描阀测量结果的Cp 均方根偏差小于0.03,测量精准度与国外同量级连续式跨声速风洞相当。可以为飞行器气动优化设计和空气动力学研究提供一种新的、先进的测试技术。     

结冰风洞试验段云雾粒径测量与控制实验研究

准确测量与控制云雾粒径对结冰风洞开展试验具有重要意义。为了研究3m×2m结冰风洞的云雾粒径特性及其影响因素,应用相位多普勒飞行探头系统（PDI-FPDR）开展试验段云雾平均体积直径（MVD）的测量与控制实验,获取了不同状态下的MVD变化规律,通过综合对比分析,探索了压力、风速、温度等因素对云雾粒径的影响。结果表明:云雾粒径对喷雾系统水压、气压的变化十分敏感,且MVD与喷雾气压成反比;气流风速和温度对风洞中云雾液滴的蒸发和碰撞特性影响不明显,MVD受其影响不大,不同状态的最大相对偏差在±10%的误差范围内;MVD受风洞环境负压作用而显著减小。     

2.4m跨声速风洞推力矢量试验测力系统研制与应用

推力矢量控制（TVC）技术能实现飞行器过失速机动飞行,使飞行器突破失速障、增强机敏性,在改善起降性能、巡航性能等方面具有重要作用。在2.4m跨声速风洞推力矢量试验中,采用3台六分量应变天平和2个独立的空气桥系统来实现飞机模型气动力和2个尾喷管转向喷流推进特性同时分别测量。推力矢量试验模型扁平外形使测力系统的布局及结构设计受到较大限制,狭小的模型内部需布置3台六分量天平、2套独立的空气桥系统及管路、支撑系统、压力测量系统等,采用传统方式无法完成如此复杂的系统设计,更无法完成高压条件下空气桥系统与测力天平的匹配设计。在测力系统的研制中,采用了一体化设计理念和刚度匹配设计方法,结合ANSYS有限元软件较好地解决了系统各部件的布局及结构优化等问题。天平校准结果和风洞试验结果证明测力系统满足推力矢量试验需求。     

0.6m连续式跨声速风洞总压控制策略设计

总压作为连续式风洞控制系统关键指标之一，其控制精度及快速性对提高风洞试验效率、降低能耗具有重要意义。0.6m风洞为国内首座具备负压试验能力的连续式跨声速风洞，其试验工况多，压力范围广，针对该风洞压力特性，设计了总压控制策略，根据不同的压力工况确定不同的阀门组合控制方式；同时针对模糊PID对连续式跨声速风洞宽压力范围、多调节工况下压力控制适应性较差的问题，提出分段变参数加模糊PID相结合的控制算法，即先根据目标总压确定不同分段区间下基本合理的基准P、I参数，再结合模糊控制算法对基准参数进行修正。风洞调试结果表明，总压控制精度优于0.1%，控制策略能够有效满足不同工况的控制要求。     

Chaotic Characteristic Analysis of Air Traffic System

Chaotic characteristics of traffic flow time series is analyzed to further investigate nonlinear characteristics of air traffic system. Phase space is reconstructed both by time delay which is built through mutual information, and by embedding dimension which is based on false nearest neighbors method. In order to analyze chaotic characteristics of time series, correlation dimensions and the largest Lyapunov exponents are calculated through Grassberger-Procaccia （G-P） algorithm and small-data method. Five-day radar data from the control center in Guangzhou area are analyzed and the results show that saturated correlation dimensions with self-similar structures exist in time series, and the largest Lyapunov exponents are all equal to zero and not sensitive to initial conditions. Air traffic system is affected hy multiple factors, containing inherent randomness, which lead to chaos. Only grasping chaotic characteristics can air traffic be predicted and controlled accurately.     

硫化罐温度和压力的两级控制

推导了Ｈａｍｍｅｒｓｔｃｉｎ模型描述的一类多变量非线性系统的加权最小方差自校正控制器算法，并将该算法应用在硫化罐温度和压力控制上。为提高该算法应用在工程上的可靠性，本文提出了两级控制思想──即先用本文推导的算法和常规多变量ＰＩＤ控制算法分别计算控制值，若两者计算结果差别不大，则认为自校正算法收敛，自校正计算控制值可直接输出；若两者计算结果差别较大，则认为自校正算法可能发散，这时可根据两种算法对控制值进行调整，然后输出调整后的控制值。实际运行结果表明，这种控制器具有较强的鲁棒性和较好的控制效果。     

风洞流场马赫数补偿解耦控制研究

风洞流场参数-总压、马赫数之间存在严重的耦合关系。解决二者之间的耦合问题,对提高系统的控制精度、减小调节时间、增强系统的稳定性、鲁棒性,具有重大的现实意义。笔者首先以某风洞流场为研究对象,建立流场参数的逻辑模型,接着从补偿解耦的角度出发,借鉴多变量子空间补偿解耦思想,提出解耦补偿算法和补偿系数整定,建立流场参数补偿解耦模型。最后经过多次仿真实验、分析,进一步验证了该补偿解耦算法的有效性。