纵振型超声振子的设计与有限元分析

利用压电陶瓷的逆压电效应,依据夹心式压电超声换能器的设计理论,设计了一款可用于旋转超声铣削加工的纵振型超声振子。采用PZFLex仿真软件对影响超声振子谐振频率的因素进行了仿真研究,结果表明:超声振子谐振频率随刀具有效长度和过渡圆柱长度的增加而减小,随预紧螺栓长度和后端盖孔深度的增加而增大。根据仿真结果加工了纵振型超声振子,并对振子进行阻抗分析,测得其谐振频率为17.41 kHz,实物测得的谐振频率与仿真模型中预测的误差为5.763 6%。最后,基于实物测得的谐振频率,在200 V电压激励下测得振子输出的纵向振幅为2.016μm,可以满足旋转超声铣削加工的要求,从而验证了模型的有效性,为超声振子的进一步优化设计提供依据。     

一种新型的切削数据优化方法

切削数据是度量切削技术水平高低的基本量值，采用优化的切削数据是发挥机床功能，提高切削效率的基本方法，目前，已有的切削数据优化方法存着计算步骤繁复、优化时间长等缺点，难以满足现代制造技术发展的需要。本文在给出目标函数和约束条件一般形式的基础上利用ｆ最小线，ｖ最小线和ｚ等值线等概念提出了单工序下通用的切削数据优化方法－目标等值线法，该方法不需进行迭代运算，计算简单，与通常的优化方法相比，其优化速度提高     

基于响应面法的超燃冲压发动机进气道多目标优化

基于响应面法进行了二维混合压缩超燃冲压发动机进气道的多目标优化研究.采用均匀试验设计确定试验方案,运用计算流体动力学求解进气道的性能.根据分析结果构造了响应面近似模型,该模型采用了完全二阶多项式模型.通过响应面近似模型的优化,实现了超燃冲压发动机进气道优化,得到了Pareto最优集.结果表明,采用均匀试验设计和响应面法可以大大减小数值模拟的计算量,提高优化效率.     

基于非线性模型预测控制算法的亚轨道再入轨迹优化

针对升力式飞行器再入终端需要满足窗口约束条件的情况,提出了一种基于模型预测算法的再入轨迹优化方法。该方法利用预测模型和滚动优化策略将非线性多约束优化问题转化为线性优化目标函数,并采用二次规划法求解该轨迹优化问题,得到了满足相应约束的亚轨道再入轨道。以某升力式再入飞行器为对象进行了纵向轨迹优化计算,仿真结果验证了该轨迹优化方法具有较高的精度和计算效率。     

基于非线性规划的混响环境声场复现

本文从能量的角度提出增益矩阵的定义并对混响系统进行建模,准确描述系统中声源激励信号与传声器测点响应信号间的耦合关系;引入非线性规划对限定取值范围的驱动信号求解,计算出合理驱动的同时尽可能准确地复现声场;采用根据误差加权的目标函数均衡各通道误差,进一步优化声场复现的精度,最终实现混响环境下的声场复现.     

浅表裂痕对压电陶瓷振子工作性能的影响

压电陶瓷振子是应用相当广泛的电子无件,本文分析了逆电效应下携有表面浅裂痕扭转振子,得到了裂痕前缘的奇异电位移场和应力场的解析结果。并着重讨论了裂痕前缘电荷奇异增强对压电元件工作性能的影响。指出了提高压电元件表面加工精度的重要意义。     

结构疲劳细节优化设计及其试验筛选法

为满足结构设计寿命要求，针对结构的疲劳强度薄弱部位，需进行结构疲劳细节优化设计和筛选试验，为此，本文首先提出了某飞机结构的三种疲劳设计形式，并建立其筛选试验新方法，然后，进行了此三种疲劳设计形式的模拟件的筛选试验，在此基础上，进行了筛选试验数据的可靠性分析。分别计算出三种设计形式的疲劳寿命的增益结果。分析结果表明：本文提出的设计方案3效果最优，据此优化出了最佳的疲劳设计形式。     

机械展开式再入飞行器气动性能分析与优化

机械展开式再入飞行器由于气动面积较大,可以有效地进行气动捕获和气动减速,但需研究分析主要气动外形参数对气动性能的影响并通过优化进一步提高减速效果。针对计算流体力学（Computational fluid dynamics, CFD）开展再入飞行器外形优化计算量大、耗时多的问题,提出了一种基于反向传播（back propagation, BP）神经网络的气动性能优化方法。在对再入飞行器参数化建模的基础上,首先采用正交试验设计生成样本,通过CFD方法进行高精度气动力性能计算,对样本计算结果进行方差分析;再利用BP神经网络对生成的样本集进行非线性拟合,构建神经网络气动性能近似模型;最后使用多岛遗传算法和BP神经网络模型开展阻力最大的气动外形设计优化,并对优化结果进行参数灵敏度分析。结果显示,该优化方法可以快速准确地求解优化模型,在保证精度的同时大幅提升了计算效率,可为未来工程设计和应用提供参考。     

NAPA软件的并行化研究和效率分析

基于区域分裂思想,以M P I(M essage pass ing in terface)为消息传递库,实现了三维全粘性湍流计算软件NAPA的并行化。对NACA 0012翼型、微型飞行器、高超声速进气道等流场进行了计算和分析,比较了并行和串行软件的计算结果,结果完全一致,并对比了NACA 0012翼型流场的计算结果和实验值,表明NAPA软件的改进是成功的。随后对各个算例的并行效率和加速比进行了对比分析,分析了通信比例、负载平衡度以及通信模式等影响并行效率的几个重要因素。最后使用In te l cluster too ls和V tune工具对NAPA程序进行了算法和代码效率优化,发现了原代码中耗时长的几个子程序并进行了改进,通过对高超声速进气道算例的测试,计算效率提高了55.33%。     

风力机翼型的多学科设计优化

为了解决优化计算和流场分析耦合求解的难题,并实现优化流程的自动化运行,采用多学科优化设计框架软件,针对风力机专用翼型运行工况,对低雷诺数航空翼型NACA 4412的气动性能进行优化设计。软件集成了翼型生成、网格划分、流场分析、优化计算4个模块。其中,流场计算采用N-S方程求解;优化方法为多岛遗传算法。优化结果表明,优化后翼型有较高的升力系数和相对大的升阻比,其升阻比提高了15.9%。该方法可以实现多学科领域的精确分析和整个优化循环过程的自动化运行,也能为其他气动外形的优化设计提供参考。     

一种快速计算电磁各向异性介质目标RCS的新方法

从电磁理论中的体等效原理出发,推导了任意电磁各向异性介质目标电磁散射的体积分方程。在此基础上,由SWG基函数和伽略金法建立其矩阵方程。在迭代求解过程中,应用了快速计算阻抗元素的等效偶极子法和加速矩阵向量积的快速偶极子法两种快速算法,有效地降低了传统矩量法计算电磁各向异性介质目标RCS的时间。同时,在快速偶极子法中,远场组间互阻抗元素无需显式计算,并且形式简单的聚集、转移和发散函数可现用现算,从而大量节省了计算机内存。数值仿真结果表明:本文使用的方法在分析电磁各向异性介质目标的电磁散射特性中是非常有效的,不仅有高的计算效率和低的内存需求,而且有良好的数值精度。     

金属载体上线天线阻抗与辐射特性的矩量法研究

用线网格模拟金属载体表面，应用矩量法求出天线及载体网格上的电流分布，据此研究在该金属载体影响下的天线特性，在计算阻抗矩阵元素时，利用了非对称正弦偶极子辐射场的精确表达式，并采用了直接复数积分，简化了计算公式，本文给出了几种金属载体上线天线的阻抗与辐射特性的计算结果，它们与有关文献上的数据或实验结果一致，最后计算了一种舰船简单模型上两根线天线的远区辐射场及它们的自阻抗与互阻抗。     

Widrow二元自适应阵列天线的讨论

本文通过对Widrow二元自适应阵列天线的讨论,导出了二元自适应阵列天线方向性函数的表示式。 本文讨论了有噪声时,二元自适应阵列天线性能的变化,指出:在有噪声条件下方向图上将出现“零点偏移”,文中给出了计算偏移量的解析表示式。此外在干扰源方向,天线方向图上出现以“零点深度”度量的剩余值。 本文通过计算,证明了:具有最小均方误差输出的Widrow二元自适应阵必有最大信噪比输出。     

基于经验模态分解的有限阵元宽带自适应阵列DBF方法

针对有限阵元条件下宽带自适应阵列自由度不够和抗干扰性能下降的问题,提出一种基于经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)的宽带自适应阵列数字波束形成(Digital beamforming,DBF)方法。该方法首先对阵元接收的快拍数据进行EMD处理,然后对各个模态函数矩阵应用线性约束最小方差(Linearlyconstrained minimum variance,LCMV)波束形成算法求解自适应权矢量,最后对信号进行重构。与传统的基于快速傅里叶变换(Fast Fourier transform,FFT)子带自适应阵列方法相比,该方法具有以下优势:适用于阵元数目受限的宽带自适应阵列,无需事先指定模态函数划分的频段,可以提高阵列处理的自由度。仿真验证了所提方法的有效性。     

基于金属多环结构的多频段电磁超材料吸收器

设计了一种工作在微波频段的多频段超材料吸收器。该吸收器是典型的3层结构：顶层是由竖直站立的金属共面同心多环结构单元构成的二维周期 阵列,中间层是1层介质板,底层是1层连续金属板。利用电磁场数值模拟方法,模拟了顶层结构单元包含不同数目金属环时该超材料的吸收谱。结果表明,当顶层结构单元有n个环时,吸收谱上就会出现n个吸收峰。进一步的研究表明最高频率的吸收峰与顶层结构单元中多环结构整体具有的电偶极子模式的激发有关,而其他较低频率的吸收峰则与顶层结构 单元中相邻两环具有的捕获模式的激发有关。     

常规闭口风洞相阵列气动声学试验

传统气动声学研究观点认为,精确的声学测量要求风洞背景噪声和洞壁反射足够低,传声器测量结果有足够高的信噪比,这是大多数风洞无法达到的要求.近些年,基于声纳和雷达技术发展起来的麦克风相阵列技术可以通过增加阵列的传声器数目从而大幅提高声学测量的信噪比,具有噪声源研究和定位能力,并被成功地应用于非声学固壁风洞噪声源测量和噪声物理机制研究.作者基于相阵列波束生成频域算法研制出常规闭口风洞相阵列系统及相关技术,在FD-09风洞尝试进行了相阵列校准试验和某民机噪声测量试验.结果表明:相阵列技术能够准确捕捉到真实的校准声源,并从技术上验证了相阵列系统在常规闭口风洞测量气动噪声是有效的.     

Low-Complexity DOA Estimation of Noncircular Signals for Coprime Sensor Arrays

This paper presents a low-complexity method for the direction-of-arrival(DOA)estimation of noncircular signals for coprime sensor arrays. The noncircular property is exploited to improve the performance of DOA estimation. To reduce the computational complexity,the rotational invariance propagator method(RIPM)is included in the algorithm. First,the extended array output is reconstructed by combining the array output and its conjugated counterpart. Then,the RIPM is utilized to obtain two sets of DOA estimates for two subarrays. Finally,the true DOAs are estimated by combining the consistent results of the two subarrays. This illustrates the potential gain that both noncircularity and coprime arrays provide when considered together. The proposed algorithm has a lower computational complexity and a better DOA estimation performance than the standard estimation of signal parameters by the rotational invariance technique and Capon algorithm. Numerical simulation results illustrate the effectiveness and superiority of the proposed algorithm.     

三块各向正交异性矩形板构成的卫星帆板在各种载荷下的横向弯曲

本文以三块各向正交异性矩形板组成的卫星帆板为研究对象,首次利用半解析方法研究了其横向弯曲的问题。就板间连接处复杂的边界条件,提出了与之对应的挠度函数形式。在此基础上采用相同形式的挠度函数求出了帆板在各种横向外载荷作用下的挠度,为解决多板连接结构的弯曲问题提供了一种有别于以往数值方法的新思路。     

用MUSIC法确定声源频率和方位时误差的校正方法

为确定多个平面波窄带声源的频率和方位本文在阵列信号处理理论的基础上,提出用均匀线阵接收信号数据,并采用多信号分类法（ＭＵＳＩＣ法）对其进行频率,方位参数的分离估计,利用其正交性的谱估计来判断声源的频率和方位,在此基础地实际阵列中存在的阵元位置扰动,通道特性不一致和阵元之间的耦合这三种模型误差,提出了一种基于辅助源的校正方法,并得模型误差不影响声源的频率,只影响声源方位的判断,声学实验证实,通过校正     

支撑元件对平板结构热变形的影响

外热流环境的变化会引起空间飞行器表面温度的剧烈变动，使裸露在外空间的结构组件产生较大的热变形，从而影响结构及相关敏感器的指向精度。本文以平板结构为对象，研究了两类不同安装固定方式对结构热变形的影响。分析表明，与位移完全约束的固定支撑元件相比，位移部分释放的轴承支撑元件可以释放结构的热应力，抑制结构的翘曲变形，有利于保持平板结构的平直度。