考虑数值离散误差的湍流模型选择引入的不确定度量化

在流体力学数值模拟过程中存在着多种来源的不确定因素,科学、定量地描述这些因素对模拟结果的影响对模型确认、工业产品设计优化和性能评估等过程十分重要。数值离散、模型选择和模型预测偏差是模拟过程中3种重要的不确定性来源,为将这3种不确定性因素对模拟目标量的影响统一考虑,发展了考虑数值离散误差的贝叶斯模型平均方法。首先,通过对数值离散解和网格尺度进行拟合完成数值离散误差估计,得到每个备选模型真实解的置信区间。然后,通过嵌套方法和条件优化算法,结合贝叶斯模型平均方法构建目标量的概率盒,定义目标变量累积分布函数的上、下限,以此分析其置信区间。最后,针对NACA0012低速绕流和CHN-T1跨声速绕流问题,给出了同时考虑上述3种不确定性因素之后升、阻力系数的置信区间分析示例。     

基于两步最小二乘定位的偏差改进算法

针对传统最小二乘(LS)定位算法在噪声较大时会出现有偏估计的问题。首先详细推导了传统两步最小二乘算法在时差角度联合定位场景下的理论偏差,给出了出现偏差的原因;其次对误差均值加入二次约束条件,提出一种基于时差角度联合定位的改进算法,并详细推导新算法的理论偏差以及均方误差。相比于其他加限制条件的方法,新算法能有效降低估计偏差,另外由于其不需要进行特征值分解且能得到闭式解,计算复杂度较小。仿真结果表明,新算法在保持原有均方误差(MSE)的前提下能显著降低估计偏差,其定位偏差与最大似然估计器相当。     

基于卡尔曼滤波器和遗传算法的航空发动机性能诊断

以某型涡扇发动机为研究对象,构建了基于卡尔曼滤波器和遗传算法的航空发动机性能诊断方法。卡尔曼滤波器根据发动机可测参数偏离额定特性时的变化量,对发动机性能参数进行了估计。当传感器存在测量偏差时,会使滤波器估计结果偏离真实情况。遗传算法以机载模型输出与发动机测量参数之间的误差最小为目标,通过优化计算,找出存在测量偏差的传感器,确定其偏差,并最终消除测量偏差对性能诊断的影响。     

随机振动环境测量数据归纳方法研究

 2000年实施的GJB/Z126-99《振动、冲击环境测量数据归纳方法》提出的统计容差法是振动数据归纳从传统的上限包络法到从统计概念上进行归纳的飞跃。但其理论上不够完善，在给定置信度和一定概率下给出的容差系数存在偏差。本文分析了GJB/Z 126-99给出的容差上限系数偏差的原因，并对服从正态分布的随机变量，以子样的均值和标准差为依据，得到在一定置信度，一定概率下随机变量的正确的上限系数公式，用来估计振动环境条件。     

串联过程置信区间的贝努力法估算及其在制导武器系统性能评估中的应用

制导武器系统抗干扰可分解为串联关系的2个过程，即导引头抗干扰过程和控制系统抗干扰过程。本文用贝努力方法计算抗干扰性能的概率及其置信区间，推导出计算方法，用蒙特卡洛方法仿真验证，得出贝努力方法可以有效地估计制导武器系统抗干扰性能置信区间的结论。     

小样本下分位数函数的Bootstrap置信区间估计

航空产品试验一般为小样本试验,为了分析小样本情况下的试验数据,结合以概率加权矩为约束条件的最大熵法和求解置信区间及置信带的Bootstrap方法,提出了一种估计小样本试验件母体分位数函数置信区间的方法。最大熵法在矩约束下能够估计样本的密度函数,而以概率加权矩为约束条件的最大熵法能够针对小样本直接给出分位数的无偏估计,无需由密度函数积分得到累积分布函数,再进行转化得到分位数函数。Bootstrap方法求解置信区间具有不依赖于数据分布的优点,具有广泛的应用范围。     

耦合几何与材料误差的柔性装配偏差统计分析

飞机结构中包含大量的弱刚性柔性零件,柔性零件在装配中的受力变形,是影响飞机尺寸质量的重要因素。针对仅考虑零件几何误差进行装配偏差建模的不足,结合一阶摄动理论和有限元方法,提出了耦合柔性零件几何和材料误差的装配偏差统计分析(SVA_GM)方法。该方法运用影响系数法建立零件几何、弹性模量和泊松比误差与装配偏差的关系,在此基础上利用泰勒公式推导了装配偏差的均值和协方差方程。结合薄板、某飞机平尾前缘组件两个装配实例,将该方法与基于ANSYS的有限元装配过程仿真法进行了实验对比。结果表明,两种方法计算得到的装配偏差均值和标准差非常吻合,但在计算时间上前者只用了30s,而后者用了250min,前者算法效率远高于后者。实验还表明材料误差对装配偏差具有明显影响,其中弹性模量的影响大于泊松比,与仅考虑几何误差的装配偏差分析方法相比,该方法对装配偏差的预测更加真实准确。     

基于卡尔曼滤波-遗传算法的航空发动机性能诊断

以某型涡扇发动机为研究对象,提出了基于卡尔曼滤波器和遗传算法的航空发动机性能诊断方法.根据发动机可测参数偏离额定特性时的变化量,利用卡尔曼滤波器对发动机性能参数进行了估计.当传感器存在测量偏差时,会使滤波器估计结果偏离真实情况.遗传算法以机载模型输出与发动机测量参数之间的误差最小为目标,通过优化计算,找出了存在测量偏差的传感器,确定其偏差,并最终消除了测量偏差对性能诊断的影响.     

基于参数化轨迹的TAEM段在线制导方法

针对可重复使用运载器末端能量管理阶段的在线轨迹生成与制导问题,研究了一种基于参数化轨迹描述且不依赖在线积分推演与气动辨识的三维轨迹预测-校正制导算法。首先,设计了由动压上边界、下边界和最大能量边界构成的动压包线,由一个参数对包线内的动压剖面进行描述,采用离线计算的方式预先获得飞行航程随动压剖面参数、倾侧角和能量高度变化的关系并存为三维数表。随后,根据当前状态和地面航迹参数计算得到各飞行阶段地面航程信息,在待飞航程的预测中,考虑侧向机动的航程损失和模型偏差影响,采用分段查表和在线估计航程修正系数的方法对预测航程进行了两次修正。最后,研究了约束条件下的多轨迹参数连续更新策略,以保证消除航程偏差的同时轨迹具有适宜性。仿真结果表明,该方法对于初始位置、能量状态散布不敏感,其末端位置控制精度保持在米级。完成单次轨迹预测-校正的时间不超过2.3 ms,拥有较高的在线预测效率,对突发故障造成的模型偏差具有较强的适应能力。     

多元正态分布整体推断方法

提出多元正态分布整体推断方法。通过仿真结果与试验数据有机结合,该方法能够将多个不同状态下的多变量(多指标)的试验数据作为一个整体进行统计分析,给出多元正态分布均值和协方差矩阵的整体估计。文中详细讨论了多个状态下二元正态分布均值和方差的无偏估计和置信区间估计。与传统方法相比,该方法不但具有更高的精度,而且解决了一种状态下只有一个试验数据时多变量(多指标)产品可靠性评定的难题。此外,文中还给出一种均值和方差仿真结果的极小子样检验方法。      

基于在线滚动序列核极限学习机的涡轴发动机非线性模型预测控制

针对涡轴发动机控制系统设计,提出了1种基于在线滚动序列核极限学习机的非线性模型预测控制方法。综合考虑直升机旋翼扭矩、燃气涡轮转速、动力涡轮转速、涡轮级间温度和压气机喘振裕度等信息,设计具有较好实时性、精度和泛化能力的多输出在线滚动序列核极限学习机作为预测模型,引入预测模型输出与发动机输出的误差进行反馈校正,利用序列二次规化算法在线求解包含限制约束的预测控制问题。在某型直升机/涡轴发动机综合平台的仿真环境中进行了直升机大幅度机动飞行仿真验证,结果表明:该模型预测控制器相比于传统串级控制具有更好的控制品质,可显著降低动力涡轮转速超调/下垂量。     

风速缺失情况下风电场功率调度分析

为了得到最优风电场功率调度方案,必须掌握任意时刻各风机风速输入值,进而得出各风机出力大小。当风速测量仪出现故障而不能正常工作时,风电机组风速数据将出现错误或缺失。建立线性回归方程,找出每台机组间输入风速的联系便可得到缺失的风速值。当风场发生“空转弃风”时,电网管理部门下达限电指令,风电场输出指定规模的有功、无功功率。将风场内所有双馈异步发电机损耗最低为目标函数,确定有功、无功调度方案。运用MATLAB软件建立风场模型,仿真结果验证了调度模型的可行性。     

涡轴发动机动力涡轮转子失去负载转速预测

为满足发动机适航规章CCAR33.27对涡轮失去负载时转子完整性的设计要求,研究涡轮失去负载瞬间转速随时间变化规律。采用多点稳态法对动力涡轮超转瞬时气动效率与转速对应关系进行研究,在此基础上,假设动力涡轮进口燃气能量不变,进而分析动力涡轮扭矩与转速的变化关系。然后采用理论力学和工程分析相结合的方法建立了动力涡轮失去负载瞬间转子转速随时间变化预测模型,并采用整机试验数据对该模型进行了验证,证明了该预测模型的合理性和准确性,建立的预测模型可为动力涡轮强度和超转保护设计提供理论依据。研究结果表明,动力涡轮转子失去负载后转速在200～300 ms上升至160%,接近大部分轮盘破裂转速,需要在涡轴发动机超转保护设计中引起足够重视。      

航空发动机整机性能仿真中的功率平衡方法

提出了一种在CFD三维整机仿真中实现功率平衡的计算方法。推导确定了决定平衡关系的关键变量:涡轮前温度与物理转速。提出了基于稳态流场和功率经验关系实现功率平衡的数值迭代方法。本文将该迭代方法与CFD三维求解耦合,发展了一种可用于三维整机CFD耦合仿真的功率平衡计算方法。采用该功率平衡计算方法对MTJ-80涡喷发动机开展了三维整机CFD数值计算,实现了整机性能三维仿真与控制规律的耦合和预测。在控制燃油量不变的条件下,通过转速迭代可以实现压气机和涡轮的功率差小于0.1%,可以预测固定燃油供给量条件下所能达到的稳态运转转速。在控制转速不变的条件下,通过调节燃油量实现压气机和涡轮的功率差小于0.15%,可以预测固定转速条件下的燃油流量。数据验证结果表明:该功率平很给计算方法可以与CFD三维整机计算耦合,并且具有很强的收敛性,解决了以往整机三维性能仿真过程中的功率不平衡问题。      

Output Power Controller for a Wind-Driven Induction Generator

A constant stator power output controller for a wind-driven grid-connected induction generator is described. The load torque of the generator is controlled by varying the rotor resistance electronically. A dynamic model for the wind energy conversion system is proposed for both controlled and uncontrolled operation.The model is then used to predict the changes in shaft speed,turbine torque, and stator power output in response to change in wind speed. Data pertaining to a 60 kW commercial wind turbine generator is used in this investigation. Results based on analog computer simulation demonstrate the feasibility of the controller for scheduling a desired power output from the induction generator.Results of the tests on a laboratory induction generator driven by amicrocomputer-controlled dc motor drive simulating the characteristics of the wind turbine are included.     

可调桨距冲压空气涡轮气动特性实验与数值分析

冲压空气涡轮风洞实验主要目的是采用相似准则,模拟空中加油工作状态,测量涡轮输出功率,分析涡轮气动特性。实验分别使用励磁发电机和加油泵作为测功器,通过调桨变距并测量最大输出功率。气动特性实验表明在风洞气流速度比加油机最小飞行速度低16%的条件下,冲压涡轮输出功率即可满足加油需要。论文还采用高数值稳定性代数Baldwin-Lomax湍流模型模拟冲压涡轮全三维混合型流场,分析流场主要气动特性,讨论桨叶表面载荷的分布。数值模拟结果显示在冲压空气涡轮桨叶近轮毂区域需要进一步优化。      

叶尖射流对风力机叶尖流场影响的数值研究

为了设计出更加适合非并网系统的风力机,采用在叶尖加入射流的方法来改变叶尖流场分布.在风力机叶片顶端沿弦长布置3个喷口,采用CFD数值模拟方法,通过改变风力机转速获得原型和带喷口的风力机模型的气动特性以及流场分布.发现在转速低于1 200r/min时,带有安装在不同位置的喷口的风力机功率增长率几乎都为零,射流在这一转速范围内对风力机的气动性能几乎没有影响.而转速高于1 200r/min时,随着转速的增大,喷口位于叶尖中部的风力机的功率增长率快速地增大,射流影响了75%以上叶高的表面的压力分布,在大转速下吸力面低压区范围较大,其叶尖涡涡量低于其他方案中,并且在下游扩散得比其他方案快,改善了风力机下游流场,提高了风力机效率.喷口布置在叶尖前缘时其叶尖涡的局部涡量较原型叶片稍大,降低了风力机功率的输出.喷口布置在叶尖尾缘时基本和原型叶片相同.该结论为设计适用于非并网系统的定桨距变转速风力机提供了基础.     

一种改进的虚拟永磁风力发电系统模拟平台

提出了一种包含风剪塔影效应的风力发电系统的改进型模拟方案。以背靠背三相变流器平台为基础,建立了考虑包含风剪塔影效应的虚拟永磁直驱风力发电系统的数学模型,进而搭建其控制系统；针对简化叶尖速比与转矩系数拟合的问题,提出了一种基于Kalman滤波的分段线性拟合的方法来简化拟合方程；利用MATLAB/Simulink仿真软件搭建虚拟风力发电系统模拟平台,对负载变化时的模拟平台输出以及有无风剪塔影效应时风力机的机械转矩变化进行仿真分析。仿真结果表明,该平台能够较好地模拟出风力机发电机组地运行特性。     

基于TS模糊加权的风电机组变桨距的双模切换优化控制

传统的PID变桨距控制策略存在转速波动较大、变桨的跟随性差等不足。以风速在额定风速以上时,使风力发电机的输出功率稳定在额定功率为研究目标。针对变桨系统的惯性与延迟导致控制过程动态调节时间长、超调量大等问题,提出了基于TS模糊加权的模糊与PID双模切换优化变桨距控制策略。以Simulink为试验平台,搭建了永磁直驱风力发电机组的变桨控制模型。通过仿真验证表明,所提方法具有模糊控制与PID控制两者的优点,控制输出的桨距角精度更高、响应速度更快、功率更加靠近发电机输出的额定功率。     

某粉末冶金高温合金涡轮盘破裂转速分析

介绍了平均应力法、平均径向应力修正法、残余变形法、局部塑性应变法等破裂转速预测方法,并采用这些方法对某粉末冶金高温合金涡轮盘破裂转速进行了分析.通过理论预测与试验结果的对比得知:采用平均径向应力修正法、残余变形法、局部塑性应变法预测的破裂转速与试验结果吻合较好,而采用基于径向应力分布均匀假设的平均应力法推算的破裂转速与试验结果相差较大.