风沙流中沙粒相浓度的高频测量

在大气边界层风洞内采用高速CMOS相机记录了定常来流条件下运动沙粒的图像.根据二进制图像标记像素的连通性,从数字图像中提取相机拍摄区域内沙粒的数量N,由此计算得到风沙流的瞬时含沙量q.获取图像的同时,使用恒温式热线风速仪MiniCTA配合55R49热膜探头测量观测域上方主流位置和跃移层顶部附近的风速变化.实验结果表明,即使在定常风速下,瞬时含沙量也是非稳定的,为了真实的记录瞬时含沙量的变化,测量频率至少需要在100Hz以上.定常风速下,高浓度风沙流含沙量的最大波动幅度可达到其时均值的50%以上;而当定常来流风速值在沙粒起动风速附近时,低浓度风沙流的含沙量具有明显的间歇性.     

摇摆对窄通道内单相流摩擦阻力的影响研究

通过实验研究了摇摆运动对矩形窄通道内单相水摩擦阻力特性的影响.结果表明摇摆条件下摩擦压降呈周期性波动,波动幅值随雷诺数的增加而减小,随摇摆振幅的增加而增大,随摇摆周期变化不明显.摇摆对单相水平均摩阻特性没有明显影响.摇摆运动对瞬时摩擦压降波动特性的影响表现在两个方面:一方面摇摆造成回路流量波动进而导致摩擦压降波动;另一方面摇摆引起实验段近壁区质点受力周期性变化从而引起摩擦压降微小波动.通过实验数据拟合得到了摇摆条件下层流瞬时摩阻系数计算经验关系式.     

多流体碰撞复杂界面的界面追踪法计算

为实现对复杂运动界面的精确描述,本文对多流体碰撞复杂界面问题进行了深入的研究.以欧拉方程的黎曼解为基础,采用MUSCL格式,在现有的FronTier软件包中加入了新的函数和变量,以达到完成复杂界面的计算.FronTier软件包是基于界面追踪方法编写的,可以完成界面不稳定性问题在简单界面情况下的计算.文中的方法成功实现了多流体碰撞复杂界面的计算,计算结果与实际碰撞过程相符.     

激波风洞高超声速摩阻直接测量技术研究

介绍了在中国空气动力研究与发展中心(CARDC)激波风洞中进行的摩阻测量技术研究情况。在测量研究中,设计了压电型摩阻天平,为了提高摩阻天平的校准和风洞试验测量结果精度,便于风洞试验和校准之间安装的变换,本项研究的摩阻天平采用一种新结构,也就是测量表面和摩阻天平本体可以分离的分体式结构,由此确保在不同使用场合下,摩阻天平的测量表面或者校准加载块可拆卸和更换。验证性试验是在 CARDC 0.6m 激波风洞中进行的,流场名义马赫数分别为8和10,单位雷诺数分别为2.85×107/m 和1.58×107/m,试验中测量了带压缩拐角的进气道模型表面三个测点的摩擦阻力,也测量了摩阻测点及其附近热流,测量结果表明:模型表面的摩阻和热流与雷诺比拟准则符合得较好。     

非定常风沙流中风速脉动对沙粒相瞬时浓度影响的实验研究

在大气边界层风洞内采用高速CMOS相机记录了时均风速线性上升的来流条件下运动沙粒的图像.根据二进制图像标记像素的连通性,从数字图像中提取相机拍摄区域内沙粒的数量N,由此计算得到风沙流的瞬时含沙量C.获取图像的同时,使用恒温式热线风速仪MiniCTA配合55R49热膜探头测量观测域上方主流位置和跃移层顶部附近的风速变化.实验结果表明,风沙流中的瞬时含沙量总是非稳定的,其变化频率至少在100Hz以上.风沙之间的相互作用存在一定的滞后效应,大气湍流脉动对含沙量的作用与沙粒粒径相关,粒径越小,风速脉动作用越大.当粒径≤160μm时,风速的微小变化即可引起含沙量的明显波动,二者高度相关.当粒径较大的时候,如300~500μm,只有较长时间较大幅度的风速脉动才能使含沙量有较大幅度的变化,研究时均风速变化对含沙量的影响更具有意义.     

水平井变质量流动压降规律实验研究

水平井由于壁面孔眼流体的流入,造成沿水平井筒为流量不断增加的变质量流动.通过室内模拟实验,采用螺旋射孔钢管为实验管材,对壁面孔眼入流对主流压降的影响进行了研究.研究结果表明:随着注入比的增加,管中压降增大;由于入流与主流的掺混,将会造成一定附加压降,该值的大小与加速度压降和注入比两者间的比值成线性关系.考虑不同注入比条件,建立了井筒流动压降新模型,井筒中流动总压降为射孔管摩阻压降与附加压降两者之和,模型计算结果平均相对误差仅为7.5%,精度高于其他理论模型,从而为井筒流动和油藏流动耦合计算提供理论支持.     

SiO2-水纳米流体在波壁管内流动特性的实验研究

实验研究了不同质量分数的SiO2-水纳米流体在波壁管内的流动特性,由于波壁管自身的结构特点,使流体在较小雷诺数下达到湍流状态,可以方便测出流体在层流、过渡流、湍流区的流动特性.研究发现:相同温度条件下,纳米流体的粘度随着质量分数的提高而增大;流动可视化照片显示纳米流体中由于内部纳米粒子的微运动促使流体均匀性更好;沿程阻力测试表明在层流区内摩擦系数随纳米流体质量分数的增加而增大,在过渡流和湍流区内摩擦系数随质量分数增加变化不大.     

直连式脉冲燃烧风洞起动过程研究

直连式脉冲燃烧风洞的起动过程是一个非常复杂的瞬态过程,采用光电测量系统和数值方法对其进行探索性研究.试验中,光电探测系统在非常短的传输距离上测出了高速起动激波的速度.通过与试验结果对比,验证了所采用的数值方法的可行性.研究表明:起动激波往下游的运动过程具有一定的规律性;由于内型面的变化导致起动激波速度在起动过程中发生变化.     

不同结构柔性翼的气动特性风洞试验研究

通过对6种不同结构的柔性翼模型进行的变迎角、变风速风洞试验,研究对比了不同柔度的柔性翼的升阻特性以及对风速变化的响应特性.结果表明,微型飞机采用柔性翼虽然降低了机翼升力的产生,但能够明显改善升阻比;不同柔度的柔性翼会直接影响微型飞机对风速变化的敏感程度,当机翼结构和柔度经过设计后,可以显著提高微型飞机对风速变化的适应能力.试验数据和结论对提高微型飞机的升阻特性以及对风速变化的响应特性具有一定参考价值.     

超声速喷管起动过程激波结构演化特征

通过改变进出口压比，对马赫数2.7的二维对称拉瓦尔喷管流动进行了试验研究，给出了超声速喷管起动过程中的激波结构演化特征。在试验过程中，固定喷管喉道出口面积比，改变喷管上下游压比，使喷管起动激波从喉道发展到喷管出口处，逐渐过渡到设计工况。在起动激波向下游发展的过程中，喷管内流动经历了教科书上给出的理论过程:喉道正激波、扩张段内正激波、喷管出口马赫反射、喷管出口规则反射、设计工况等；但由于附面层的存在，每一个过程与无粘情况下的激波示意图都有所不同。比如，试验中捕捉到的激波串在向下游的移动过程中，出现的由λ型激波向Х型激波的转变，以及激波串非对称现象的出现等。基于纹影和剪切敏感液晶摩阻显示技术获得了起动激波串的首道激波的三维特征。     

一种应用于水流的纹影特性光流测速算法

本论文基于光流优化算法,发展了一种适用于水流的纹影特性光流测速算法。在存在密度梯度的条件下,纹影图像的亮度反映了流场折射率的一阶导数,结合纹影亮度方程和流体连续性方程推导了适用于水的物理约束条件,采用二阶散度–旋度正则化作为空间平滑约束条件,基于两个约束条件构建了能量方程,通过变分法对能量方程进行最小化求解获得速度场。以热羽流为例,使用该算法对浮力羽流纹影图像进行了计算,并与互相关算法和传统光流算法的结果进行了比较。结果显示:本研究提出的算法能更好地体现流动特性,得到更高的空间分辨率。该方法基于纹影图像,无需在流场中添加示踪粒子,对流场无干扰,具有结构简单、使用方便等优点。     

基于VS-IMM算法的A-SMGCS场面运动目标跟踪

为实现先进场面运动引导控制系统中场面监视雷达对运动目标的跟踪,研究了将变结构交互式多模型(Variable structure interacting multiple model,VS-IMM)算法应用到该系统中。首先,根据飞机的真实运动情况建立了飞机的匀速运动、匀加速运动和匀速转弯运动模型;然后,针对固定结构交互式多模型(Fixed structureinteractive multiple model,FS-IMM)算法在目标跟踪方面的不足,结合机场地图,将VS-IMM算法应用到机场场面运动目标跟踪中;最后,基于扩展卡尔曼滤波将VS-IMM算法与FS-IMM算法进行仿真比较。结果表明:VS-IMM算法的跟踪精度及模型选择均优于FS-IMM算法,VS-IMM算法在场面跟踪方面具有更大的应用价值。     

基于序列图像的非合作目标自主导航及验证

针对空间自旋或章动运动的非合作目标运动感知与估计问题,给出了一种基于序列图像的运动测量与状态估计方法。所给出的方法由两部分组成:(1)采用立体视觉测量目标三个非共线的特征点,建立目标参考系并实现相对姿态的测量;(2)采用目标运动学和动力学方程,推导了扩展卡尔曼滤波器,实现目标角速度和惯量比的估计。最后,分别给出了数学仿真和物理试验:(1)利用数学仿真验证了所给出的卡尔曼滤波估计算法在不同目标运动情况下的收敛性;(2)利用机械臂模拟目标的自旋运动,利用双目相机采集目标运动图像,试验结果验证了所给出的运动测量与状态估计方法可以连续的给出目标角速度的精确估计。     

基于改进微粒群算法的无人机姿态控制参数智能整定(英文)

提出了基于改进微粒群算法的无人机姿态控制器参数智能整定方法.标准微粒群算法在搜索后期由于群体缺乏多样性而容易出现收敛停滞现象,为此提出了一种改进的微粒群算法.标准微粒群算法中的微粒速度是根据惯性运动、群体历史最优位置和自身历史最优位置来调节的.改进微粒群算法中的微粒除了保持惯性运动外,仅向当前群体中任意更优个体的状态学习,而且惯性权重系数是随机数.改进方案减少了算法不确定参数,简化了微粒学习机制,且增强了群体多样性.本文构建了无人机姿态控制系统,将改进微粒群算法用于四个控制参数的寻优整定.仿真结果表明,改进微粒群算法比一般微粒群算法具有更强的全局搜索能力,故获得更优的无人机姿态控制参数.     

通过天线波束扫描扩大SAR区域成像范围

研究通过天线波束扫描扩大SAR区域成像范围的方法，以适应较大区域中等分辨率成像的要求。推导了天线扫描角速度、角度范围与所需成像范围和方位分辨率的关系。选择天线扫描角速度，使得在一个合成孔径时间内，波束恰好扫过3分贝波束宽度，而合成孔径长度由要求的方位分辨率、波长、斜距和斜视角决定。天线扫描角度范围由要求的成像区方位宽度、斜距、斜视角、载机速度和波束方位宽度决定。最后，介绍了某机载SAR试飞得到的成像结果。在运动补偿之后．采用线性距离多普勒算法成像。     

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。     

悬挂式跷跷板旋翼桨叶拉力载荷的一种工程算法

在一阶诱导速度分布，一阶周期变距，三阶挥舞运动的基本假定下，提出了一种悬挂式跷跷板旋翼桨叶挥舞面内拉力载荷的工程算法。为此，首先推导了含有悬挂高度和桨叶预锥角影响的这类桨叶的挥舞运动方程。并用“法方程法”及“共轭斜量法”求解了一种属于矛盾方程的挥舞运动系数方程组，取得一致结果。随后，导出了气动拉力载荷表达式。最后，以××无人驾驶直升机悬挂式跷跷板旋翼桨叶为算例，计算了拉力载荷并分析了悬挂高度和预锥角对挥舞运动系数的影响关系。     

快速传递对准的联邦滤波器设计

在机翼挠曲变形不可忽略的情况下,采用速度加姿态匹配的方法可进行快速传递对准.用于快速传递对准的卡尔曼滤波器的阶数将高达21维,故需要进行大处理量的滤波计算,这将导致快速传递对准所要求的快速滤波更新率得不到满足.针对这一问题,本文提出采用联邦滤波器进行快速传递对准,以解决采用集中滤波器进行快速传递对准时存在的计算量大且滤波更新率低的问题.文中设计了适用于快速传递对准的联邦滤波器结构和算法,建立了机翼挠曲变形模型,推导了速度匹配子滤波器的12阶系统模型及姿态角匹配子滤波器的15阶系统模型.仿真结果表明,在载机进行摇翼机动情况下,采用本文提出的联邦滤波器与采用集中滤波器进行快速传递对准的效果相当,计算量大大减小.     

缓进给断续磨削时射流冲击强化磨削弧区换热的实验研究

在缓进给磨削时烧伤机理分析的基础上，提出了高压射流冲击强化磨削弧区换热的创新构想，并通过缓进给断续磨削时施加侧向射流冲击弧区的磨削实验研究其换热效果。实验结果表明，射流冲击强化换热技术确是提高弧区换热效率的有效方法，且射流速度越高，换热效果越好。该研究将在解决难加工材料磨削烧伤领域具有广阔的应用前景     

基于流体速度势的非线性晃动问题的ALE有限元分析

基于流体速度势，本导出了非线性晃动问题的ALE有限元格式。通过引入ALE运动学描述，使网格的运动独立于流体的运动，通过采用与贮箱固连的非惯性参考系建立控制方程，使网格只须相对贮箱更新，因此运动边界和自由液面的跟踪算法不仅非常简单，而且不会引起网格畸变．本分别采用有限元法和有限差分法进行空间和时间离散，中的算例分别模拟了贮箱受横向激励和俯仰激励时流体的非线性晃动问题，所得结果证实了本方法的有效性与可靠性。中的方法还可进一步推广用于流体—结构耦合问题．