基于HyperFLOW平台的客机标模CHN-T1气动性能预测及可信度研究

近年来,针对实际飞行器外形的CFD气动性能预测及可信度研究逐步得到重视,国内也召开了第一届航空CFD可信度研讨会(AeCW-1)。本文首先基于自主研发的CFD软件平台HyperFLOW对NACA0012翼型低速绕流进行了网格收敛性研究,验证了软件对简单湍流问题的模拟能力且具备良好的网格收敛性。其次,针对AeCW-1提供的客机标模CHN-T1,选用其中的两个算例:(1)定升力系数的网格收敛性研究;(2)考虑模型支撑和模型静气动弹性变形的抖振特性研究,研究了计算结果的网格收敛性及模型支撑、静气动弹性变形和湍流模型等对气动特性预测精度的影响。结果表明:观测精度阶和网格收敛性指数显示数值结果具有良好的网格收敛性和可信度;是否考虑模型支撑对力矩的预测精度影响较大,引入尾撑和弹性变形后,数值结果与实验结果吻合较好;对于CHN-T1标模,采用QCR关系式对原始SA模型进行修正对标模力矩特性有一定影响。     

经典跨声速翼型RAE2822数据分析

经典跨声速翼型RAE2822风洞试验数据长久以来被广泛用于CFD计算方法和软件的验证与确认，但是数据的正确使用或者说合理使用仍存在一些需要研究和注意的问题，包括计算网格、风洞试验数据修正、中弧线修正、翼型几何定义和建模，以及摩擦阻力系数和边界层速度剖面的原始定义等。在开展CFD研究之前，必须首先对计算方法进行验证，尤其是要先尽可能消除计算结果对计算网格的依赖性；经过对目前可开放使用的计算网格的不足之处进行分析，研制了一套高品质的计算网格并获得了预期的一阶网格收敛性；通过计算软件交叉验证，进一步确保所用计算软件的可信度。在将CFD计算结果与翼型风洞试验数据进行比对时，通常需要对马赫数和攻角进行修正，且如何修正是一个需要持续研究的问题；翼型中弧线修正是一种有效的方法，但需要考虑流动参数的影响。原始翼型几何构型采用有限离散点定义，计算网格生成过程中需要采用插值方法布置型面网格点，不同插值方法对于翼型前缘附近流动的数值模拟有细微影响。多数相关研究工作只比对压力分布；少数研究工作会比对摩擦阻力系数、边界层及尾迹速度剖面，但在比对时，需要注意原始风洞试验相关参数定义与CFD计算常用定义的区别。     

DPW Ⅳ～DPW Ⅵ数值模拟技术综述

DPW(Drag Prediction Workshop)系列会议是CFD验证和确认领域最具代表性的国际会议之一。CRM(Common Research Model)代表了现代运输机的典型巡航构型,该模型是AIAA DPWⅣ~Ⅵ会议选择的基准研究模型。针对CRM,国际上开展了大量的风洞试验与数值模拟工作,这些工作反映了当前CFD验证与确认研究的最新进展。本文介绍了CRM及开展的风洞试验,概述了DPWⅣ~Ⅵ会议的情况,分别从计算网格生成、计算方法与湍流模型、计算结果与试验结果的对比等方面总结了CFD验证与确认工作的进展,以及CRM相关优化设计工作,并给出了进一步开展CFD验证与确认工作的思考与建议。     

CFD计算网格误差分析的一个算例

为了给一般工程问题的CFD仿真的网格划分提供参考,研究了光滑直圆管中粘性稳态等温流动在不同尺寸、不同纵横比网格情况下的CFD计算数值解的误差.采用FLUENT软件进行数值计算,应用CFD仿真验证和确认的基本方法,与精确解比较,计算了各种网格的数值计算结果的误差,得到了网格独立解的网格尺寸,给出了误差随网格尺寸变化的规律.     

文章导读

关于 CFD 高精度保真的数值模拟研究（1-4，doi：10．7638／kqdlxxb-2015．0211）张涵信本文由四部分组成。第一部分研究了利用高阶格式、网格、物理模型和高性能计算机求解 NS 方程时，计算数据的高精度保真性的要求以及高精度保真的指标。第二部分研究了利用大规模计算开展大涡模拟和直接数值模拟存在的问题。第三部分分析了在高雷诺数下 NS 方程计算方法和网格的关系。最后提出了建立计算数值验证、确认的新方法。     

基于网格缩小的非结构网格梯度重构及制造解精度测试与验证

网格收敛性研究是验证与确认中的重要手段,本文针对一般非结构网格难以自相似加密的问题,实现了基于网格缩小的精度测试方法。在典型的各向同性和各向异性拉伸网格上,利用网格缩小精度测试方法分别考察了梯度重构精度以及制造解流动模拟精度,将网格缩小精度测试结果与传统的网格加密精度测试结果以及理论分析结果进行对比,验证了网格缩小精度测试方法与网格加密精度测试方法及理论分析的一致性。最后将网格缩小精度测试方法应用到各向异性拉伸网格粘性制造解精度测试中,得到了预期中的结果,并初步考察了梯度重构方法、网格类型对数值模拟精度的影响,显示出网格缩小精度测试方法在一般非结构网格精度测试上的优势,具有一定应用前景。     

关于 CFD 高精度保真的数值模拟研究

本文由四部分组成。第一部分研究了利用高阶格式、网格、物理模型和高性能计算机求解 NS 方程时,计算数据的高精度保真性的要求以及高精度保真的指标。第二部分研究了利用大规模计算开展大涡模拟和直接数值模拟存在的问题。第三部分分析了在高雷诺数下 NS 方程计算方法和网格的关系。最后提出了建立计算数值验证、确认的新方法。     

基于拼接网格的孤立螺旋桨特性研究

以某型螺旋桨为研究对象,采用CFD方法对螺旋桨滑流进行数值计算。利用分区拼接网格技术对螺旋桨旋转区域和外流场域进行网格划分及拼接;在此基础上采用雷诺平均N-S方程,雷诺应力项采用RNG k-ε湍流模型,基于滑移网格方法开展了针对不同高度、不同来流速度及桨叶角的仿真计算。仿真结果表明,数值计算的螺旋桨特性数据与风洞实验数据整体趋势吻合度好,满足工程应用要求,可为后续安装条件下螺旋桨的拉力研究提供参考依据。     

假设检验与CFD不确定度量化分析

针对CFD验证与确认中不确定度量化研究,提出了假设检验量化技术,采用了Grubs数据处理技术并具有好的鲁棒性,应用了假设检验原理分析了计算结果,可对CFD计算具指导作用,数值例子也说明了这一点。     

大型 CFD 软件自动化测试平台的初步设计与实现

针对大型通用 CFD 软件研制的需求，为了提升 CFD 软件的开发效率，初步设计与开发了一个 CFD 软件自动化测试平台。该平台基于 MySQL 数据库，通过前台界面和远程集群后台管理程序的网络信息交互，实现了自主研发的通用 CFD 软件平台(HyperFLOW)的自动测试及验证与确认。根据需要适当修改前置处理接口，该平台亦可推广应用于其他 CFD 软件的自动测试。本文重点介绍了平台的基本框架和总体设计思路、平台的数据库和前台管理 GUI 设计、网络交互和后台管理等，并利用典型算例对计算结果的验证与确认过程进行了简要介绍，最后对平台构建的后续工作进行了展望。     

集合划分问题的蚁群算法

集合划分问题是一个典型的NP完全问题,建立了集合划分问题的优化数学模型,采用蚁群算法解决了此问题.对蚁群算法参数的合理选取进行了实验分析,给出了算法参数选取的基本原则.与贪心法作了比较,结果表明该方法比较有效.     

基于能量最优的敏捷遥感卫星在轨任务规划

针对敏捷遥感卫星对多个离散观测点在轨自主任务规划问题,在考虑姿态运动方程耦合性的基础上,将问题分解为空间资源调度问题和连续最优控制问题,进而提出了一种结合伪谱法和遗传算法的混合求解算法。该算法针对基于行商问题(TSP)模型建立的空间资源调度问题模型,选用二维编码结构对观测顺序和相对观测时间进行实数编码,并采用遗传算法求解观测序列和观测时间;针对判断观测时间可行性时涉及的时间最优控制问题、以及姿态转移过程中涉及的最小能量消耗问题,将其归结为连续最优控制问题,并基于Gauss伪谱协态变量映射定理,采用Gauss伪谱法进行求解。通过与基于单纯遗传算法的规划算法进行对比试验,本文所提出的基于伪谱法和遗传算法的混合求解策略针对目标问题,在典型工况下姿态转移过程中能量消耗降低60%。     

YE4系列三相异步电动机专用风扇的研究

通过对Y、Y2和YX3系列风扇典型规格进行风扇特性的对比分析,研究了风扇参数对风扇特性的影响。在此基础上,设计了YE4系列超超高效率三相异步电动机专用的风扇模型,在YE4132S22等5个规格样机上开展了对比试验验证,取得了预期效果。     

轴对称矢量喷管控制系统半物理仿真试验

介绍了轴对称矢量喷管控制系统半物理仿真试验的方法、内容和结果。采用模拟矢量喷管、模拟喷管喉道面积反馈、模拟飞机的矢量操纵命令等仿真方法进行了半物理仿真试验。通过仿真试验验证了控制系统的各功能 ,进一步完善了数学模型和控制软件 ,考核了系统的可靠性。     

边界扫描技术在电子控制器测试中的应用

航空发动机电子控制器向更高性能和更高集成度的方向发展,使得传统测试方法难以满足需要.提出了通过边界扫描技术来解决电子控制器核心电路的测试问题.设计了边界扫描测试技术验证平台,主要包括边界扫描测试适配器和被测电路.对被测电路开展了基于边界扫描的测试试验,完成了主要指令的测试.同时通过扫描链实现了对被测电路的故障注入,通过这种方法注入故障可对航空发动机电子控制器的机内测试(BIT)能力进行验证.      

Experimental method for and defect tolerance of fixed plate theoretical research on based on damage mechanics

An experimental method and a theoretical analysis based on continuum damage mechan- ics are applied for the defects tolerance of fixed plate. The defects type studied in this article is scratch, which is considered a typical defect on fixed plate according to the engineering practice. The general approach to the defects tolerance analysis of scratched fixed plate is presented. The method of fatigue life prediction for standard notched specimens has been established on the basis of continuum damage mechanics. For the purpose of obtaining the influence law of fatigue life in consequence of scratches, fatigue experiments of standard notched specimens and scratched specimens have been done. Evalu- ation of the fatigue life of scratched fixed plate has been carried out. And the value of scratch defects permissible to the condition of safety service life has been worked out. According to the results of the- oretical calculations, the fatigue experiment of scratched fixed plate has been performed. The outcome shows that the theoretical prediction tallies with the experimental results.     

鲁棒Kalman滤波及其在水下组合导航中的应用

在水下捷联惯导(SINS)/多普勒计程仪(DVL)组合导航系统中,当外部辅助信息受到野值等非高斯噪声污染时,选取调节因子γ为固定值将会降低基于Huber方法的鲁棒Kalman滤波(HRKF)算法的精度和鲁棒性。针对此问题,提出了一种基于马氏距离(MD)算法的调节因子自适应的鲁棒Kalman滤波(HRAKF)算法。首先利用MD算法对正常/异常的观测量进行辨识;进而建立γk递推关系式,并根据量测噪声特性对γ值进行实时调整;最后利用γk求取Huber权函数,并对量测噪声阵进行修正。选取8000s船载实测数据,分别利用Kalman滤波(KF)、HRKF及HRAKF算法进行水下组合导航半物理仿真试验。试验结果初步表明:在观测量受到野值或混合高斯分布噪声污染时,相较于KF和HRKF,HRAKF可实现更高精度、更加稳定的组合导航。     

仪表飞行程序运行安全性评价模型与仿真分析

为对飞行程序设计与运行的安全性进行定量分析,需建立评价指标测度模型。从超障安全和飞行冲突风险水平两方面分析了影响飞行程序安全性的主要因素,提出了飞行程序运行的近地风险模型、飞行程序运行交通流内部以及不同飞行程序运行交通流之间的冲突强度和累计风险模型。以实际的进离场飞行程序为例开展仿真实验,提出了安全指标量化分析的方法,揭示了飞行程序构型、布局等影响安全性的规律。实验结果表明,该模型能客观地反映飞行程序安全性且有计算简便的特点。     

边界扫描技术在电子控制器测试中的应用研究

航空发动机电子控制器向更高性能和更高集成度的方向发展,使得传统测试方法难以满足需要。本文提出了通过边界扫描技术来解决电子控制器核心电路的测试问题。为了论证这一方案的可行性,设计了边界扫描测试技术验证平台,主要包括边界扫描测试适配器和被测电路。对被测电路开展了基于边界扫描的测试试验,完成了主要指令的测试。同时通过扫描链实现了对被测电路的故障注入,通过这种方法注入故障可对航空发动机电子控制器的机内测试（BIT）能力进行验证。本文探索了边界扫描测试技术在航空发动机电子控制器中的应用     

基于专家控制器的电动汽车感应电机弱磁区优化控制研究

由于感应电机驱动系统采用数字控制器和脉宽调制输出会伴随着数字延迟的问题,加之参数可能存在的扰动,使得传统的间接磁场定向控制方法在感应电机高速弱磁区的控制性能降低。针对此问题,提出了一种基于专家控制器和模糊推理机制的感应电机弱磁区优化控制策略。考虑到传统间接磁场定向控制中电流调节器在弱磁区若没有获得适合的电流参考指令,则可能会产生高频振荡乃至失稳。因此,在传统方法的基础上将转速闭环输出的电流参考先送入到专家控制器,专家控制器基于数据库和模糊推理,对电流参考进行修正,其中模糊推理机制基于简单的高斯函数逻辑实现。最后,构建了感应电机驱动试验平台,开展了电机在弱磁区的高速驱动试验,试验结果验证了新型控制策略的有效性。