直升机非线性运动方程及其数值分析

基于牛顿法建立了单旋翼带尾桨直升机的非线性运动方程，提出了一种求解直升机非线性运动方程的数值方法。建立方程时，用欧拉角描述直升机在空中的姿态，旋翼采用有挥舞铰且在铰上带有弹性约束的模型，桨盘处的入流采用线性模型，通过对一算例直升机的操纵响应进行数值仿真，将非线性与小扰动线性化的直升机运动方程进行了对比分析。结果表明：从操纵输入到随后的2s左右，非线性和小扰动线性化的直升机运动方程的计算结果非常接近，但在此之后，非线性运动方程的计算结果更能反映直升机的运动规律。     

飞机穿越下冲暴流安全起飞运动方程的研究

推导了存在风切变时在气流坐标系（相对风轴系）中飞机质心空间三维运动方程和在体轴系中飞机的旋转运动方程，指出了按航迹坐标系，（绝对风轴系）建立移动运动方程时某些不便之外。为了进行比较，给出了分别应用上述两组运动方程计算的波音－７２７飞机起飞行轨迹的不同结果。     

导弹运动方程的逆解析解

针对在采用反馈线性化理论设计导弹飞行控制系统时控制器算法对导弹逆模型的要求 ,推导了导弹运动方程的逆解析解 ,包括导弹质心运动的运动学方程及其动力学方程的逆解析解、姿态运动的运动学方程及其动力学方程的逆解析解 ,详细给出了逆模型的求解过程 ,为一类飞行控制系统运用全局线性化设计奠定了基础。最后 ,结合工程应用进行了仿真计算 ,仿真结果表明逆解析解的推导是正确的     

运输机空投的飞行动力学建模及仿真

针对现代大飞机双列式空投及重型空投的发展现状,建立了全量模型研究空投过程中飞机动态特性问题。考虑空投过程中货物与飞机之间的运动耦合及货物非对称布局的影响,分别选取货物、全机作为独立实体,在惯性系下从牛顿力学基本原理出发,用矢量方法推导空投过程中货物和全机的动力学方程;经过坐标转换,得到动力学方程在体轴系下的形式,并补充运动学方程,使方程组满足封闭性要求,从而建立完整的矢量动力学模型。通过两个仿真算例,分析了飞机与货物运动耦合的影响及双列投放时的飞行特性,验证了模型的合理性。     

在轨服务的相对运动耦合动力学建模与分析

研究在轨服务航天器逼近与捕获目标航天器的相对轨道姿态耦合动力学建模问题。考虑航天器姿态与对接位置的运动耦合,建立目标运行在任意轨道下的相对轨道姿态耦合动力学模型,并对模型中的运动耦合进行深入分析。设计一种非线性的输出反馈姿态控制律,将建立耦合动力学模型与CW方程进行仿真比较,验证轨道与姿态的运动耦合对两航天器对接点之间相对位置的运动影响。     

飞机在低空风切变中下滑问题探讨

本文主要是探讨飞机在垂直风梯度(水平风随高度的变化)中下滑时的稳定性和操纵性,系统地推导了飞机纵向运动全量方程和线化模型;用Runge-Kutta方法求解全量方程得到了飞机在固定操纵条件下风切变中下滑的轨迹;用线化模型讨论了飞机的纵向静稳定性和高度模态稳定性。本文还对操纵方式和最优操纵等问题进行了理论分析和计算。     

飞机横航向模态模型的选择

评价有人驾驶飞机的操纵品质，要求将高阶飞机系统用一个动态特性等效的低阶系统来代替。由于飞机横航向等效系统比较复杂，如何选择恰当的模型进行辨识是一个很重要的问题。依照军用规范，通过对飞机横航向运动等效系统模型的建立，分析了在××飞机铁鸟台架试验过程中，在信号激励下飞机横航向运动的几种模态的运动情况，并依此模型进行辨识，得到飞机横航向模态的品质参数，取得很好的计算结果。     

飞翼布局舵面连接的气动弹性建模与计算

以一种高机动飞翼布局为背景,建立全机的三维有限元模型,模拟飞机的真实结构,并与空气动力模型耦合插值,进行气动弹性的仿真分析。针对此翼面上有升降舵的多舵面布局,建立了俯仰运动下不同于翼面上只有副翼的动力学模型。主要研究了在舵面连接的局部建模中,因连接方式不同导致舵面支撑刚度和操纵刚度的不一致而对舵面操纵效率造成的影响。根据舵面悬挂点与摇臂操纵形式的不同,提出了四种连接方式的局部模型。通过相应的四个模型在同一飞行状态下的仿真计算与结果分析,总结出了舵面连接方式建模的变化规律,得出的结论为类似飞机的舵面连接及结构设计提供了参考。     

前飞状态直升机总距操纵响应特性计算

本文对直升机运动方程中关键的旋翼气动力预测采用非定常分析计算模型,建立了时间推进自由尾迹方法。通过计算的孤立旋翼的总距操纵突变时的气动力响应与试验值的对比,验证了自由尾迹方法用于瞬时气动响应计算的有效性,然后利用嵌入自由尾迹模型的直升机运动方程分析了在前飞条件下,对旋翼进行总距阶跃突增及余弦突增操纵时,直升机载荷因子和平飞速度的时间响应历程。     

可调叶片运动机构的参数化拓扑仿真模型研究

介绍1种在方案设计阶段,基于UG NX的3维设计软件和EXCEL软件的压气机多级静子叶片联调操纵机构的联合设计方法。通过在UG软件的建模模块中构建简单的线条以建立操纵机构的拓扑模型,并将模型输入运动仿真模块中,对整套机构进行运动学仿真计算,跟踪各级传动关节的运动规律,得到仿真数据。将仿真数据在EXCEL软件中进行分析,综合拟合、回归、关联度等数据分析手段,得到特定拓扑模型下的输出规律。在方案设计阶段即可快速建立机构模型并分析影响整套机构运动规律的关键参数,优化设计参数、建立操纵机构调节方程,给后期的工程设计提供基础。经某型燃气轮机多级联调机构的设计实践证明,该方法具有高效敏捷,适应面宽,可借鉴性强的特点。     

边界层分离流边值问题的算法研究

本文给出了边界层方法边值问题的一种快速求解方法,该方法可用于二维与三维问题,它是在正方法边界层算法的基础之上增加了一个矩阵算法,该矩阵很容易逆,总的ＣＰＵ时间仅增加约２０％,使用该算法对反方法问题求解和进行数值稳定性分析都将十分方便。     

基于Broyden法的旋翼多体系统气动弹性分析

建立了旋翼多体系统气动弹性模型并给出了一种适合于该模型响应计算的数值计算方法。采用柔性多体系统动力学方法建立旋翼气动弹性模型,利用驱动约束显著简化约束方程形式,集成大变形桨叶模型,准确考虑变形的非线性,适合于对采用柔性结构的先进旋翼进行气动弹性分析。基于Broyden法改进隐式积分法积分一步中非线性方程的求解,避免求取切线矩阵和矩阵求逆运算,保持隐式积分法具有较好稳定性的同时提高计算效率,解决了旋翼多体系统气动弹性力学方程隐式表达且具有较强非线性和较高刚性比造成的响应计算困难。通过模型旋翼桨叶响应计算验证了结构模型与气动弹性响应求解方法。采用建立的气动弹性模型计算悬停和前飞状态旋翼气动弹性稳定性,与试验结果对比验证了模型的正确性。研究了不同的稳定性计算方法、桨叶结构模型和入流模型等对悬停和前飞稳定性计算的影响,结果表明本文所采用的结构、气动模型及气动弹性稳定性计算方法提高了气动弹性稳定性分析精度。     

基于黏性伴随方法的跨声速机翼气动优化设计

 进行了基于黏性伴随方法和Navier Stokes方程的跨声速机翼气动优化设计研究。分别推导了适用于三维跨声速机翼气动反设计和减阻设计的黏性伴随方程、边界条件和梯度求解表达式，并研究了伴随方程的数值求解方法。通过将网格生成、流场计算、黏性伴随方程数值求解、梯度求解和拟牛顿优化算法等几方面的有效结合，发展了一种跨声速机翼气动优化设计方法。为了提高计算效率，将多重网格方法应用到方程的数值求解中来加速收敛。跨声速机翼反设计和减阻设计算例验证了本文所发展的方法的正确性。采用本文的方法进行优化设计，一般通过20~30次迭代就能得到满意的结果。     

无人机发射过程建模与控制方法研究

考虑火箭助推器的推力和螺旋桨发动机产生的反扭矩对起飞过程的影响,建立了无人机发射过程的非线性数学模型。针对无人机在火箭助推起飞过程中存在的安全隐患,在飞行控制律中设计了针对升降舵的抗饱和补偿器。利用线性矩阵不等式理论,分析了该补偿结构的闭环稳定性,并给出一种抗饱和补偿增益的计算方法。最后,通过对零长发射过程进行非线性模型数学仿真,验证了该补偿结构的有效性和可行性。     

求解航空发动机数学模型的混合智能方法

针对传统求解方法收敛性不强而遗传算法求解效率较低的问题,利用BP神经网络逼近发动机平衡方程的反函数,将求解结果作为Newton-Raphson法的初值,提出了求解模型的混合智能方法。仿真结果表明,该方法可以保证非线性数学模型在整个飞行包线范围内收敛,与遗传算法相比又提高了求解效率。     

等温不可压流体系统稳态数值计算方法研究

航空工业领域广泛存在着流体系统,任何流体系统均可化为只有节点和分支组成的通用流体网络,本文研究了这种通用流体网络的数值计算方法.将连续方程施加到节点,将动量方程施加到分支,建立起等温不可压流体系统的非线性控制方程组.根据Newton-Raphson迭代思想,研究了基于高斯-约当消去法的流体系统控制方程组数值求解方法.在此基础上,采用压缩矩阵存储技术开发了流体系统仿真平台FOCUSS-FS.通过算例进行验证,结果表明:本文计算方法能够准确获得任意流体网络的压强和流量分布,收敛速度快且效率较高,内存消耗小.     

基于遗传算法的翼型气动优化设计

采用遗传算法进行跨声速翼型的反设计与阻力和升阻比的优化设计。翼型的反设计达到了设计要求,优化设计后的翼型其气动特性也有显著的改善,这表明了遗传算法应用于翼型气动优化设计的可行性。在优化设计的过程中,翼型由解析函数线形叠加法表示,目标函数和个体的适应值由二维欧拉方程的流场解来提供。     

嵌入式大气数据传感系统的改进算法

简要介绍了嵌入式大气数据传感系统及其空气动力学模型,提出了求解动、静压和修正参数的改进算法.改进算法首先应用Moore-Penrose广义逆矩阵对非线性方程组进行简化.然后采用改进迭代算法和BP神经网络求解动、静压和修正系数.改进算法在精度、可靠性和实时性上都能满足系统的要求.应用BP神经网络,达到系统要求的精度所需要的计算时间只相当于原有算法的5%,具有更大的实时性优势.     

受约束多刚体系统动力学的计算机辅助分析

 以Newton-Euler法为基础建立了受约束多刚体系统动力学的一种新的递推算法,采用奇异值分解(SVD)对约束系统动力学方程缩聚求解。编制了计算机辅助分析通用程序CADACMS。     

跨音速叶轮机械叶片的完全三维设计方法

设计方法由一种平面叶栅跨音速流动反问题推广得到,其特点是既计及叶片气动性能,又能在一定程度上兼顾强度、冷却、工艺等方面的要求。由于应用了一种适合叶轮机械中三维流动特点的广义ＶｏｎＭｉｓｅｓ坐标系,克服了反问题所特有的求解域边界不定的困难;并使正问题计算和反问题设计统一在同一算法之中。典型算例的结果表明：提出的跨音速叶片完全三维设计理论模型是合理的。