二元非线性机翼随机动力学行为

 为考查在高斯白噪声作用下二元机翼随机颤振动力学行为,采用数值仿真的方法对其进行了研究。首先把机翼简化成一个具有扭转和上下自由度的平板,其中扭转弹簧具有3次非线性刚度,同时假设空气是线性不可压的而且气动力是定常的,再对任意运动和高斯白噪声作用下的机翼进行建模。其次采用了蒙特卡罗仿真来求解随机微分方程的数值解,根据数值解结果进行统计分析,计算出最大Lyapunov指数。最后得出：在随机激励作用下机翼的动力学行为与确定性颤振相比有很大差异,同时随机颤振点提前于确定性颤振点。     

不确定广义时滞系统的参数依赖指数镇定

研究了具有凸多面体不确定广义时滞系统的时滞相关型指数镇定问题。首先,利用Lyapunov稳定性定理和线性矩阵不等式工具,给出了标称的广义时滞系统正则、无脉冲和指数稳定的时滞相关型充分条件。在此基础上,采用参数依赖Lyapunov函数方法,设计了使闭环系统正则、无脉冲和指数稳定的时滞相关型状态反馈控制器,并给出了相应控制器的显式表示。     

机翼带外挂系统极限环颤振的区间分析

针对带有初偏间隙型非线性刚度的二元翼带外挂系统的极限环颤振,应用当量线化方法得出了颤振边界曲线,并根据颤振边界曲线用4阶Runge-Kutta法得到极限环相图,可明显看出极限环振动与普通周期振动的区别。然后引入了几个不确定量,通过区间分析方法给出了这些不确定量对机翼带外挂系统颤振边界曲线的影响,并用随机有限元法(FEM)验证区间分析方法的可靠性。进而可以得到一定来流速度下,具有不确定机翼外挂系统幅值的上下界,以及不确定参数对极限环相图的影响。知道机翼外挂幅值的上下界后,可以对外挂幅值进行适当控制。     

机翼／外挂的次谐颤振响应

对机翼／外挂次谐颤振响应作近似分析。从机翼分离出的外挂被视为简谐激振力作用下的带间隙分段线性振子,研究这种振子的对称周期响应及其分叉。采用Ｐｏｉｎｃａｒｅ映射方法得出分叉条件,再用当量线化法导出分叉条件近似式,并用它来预示机翼／外挂颤振系统的次谐响应。算例表明这种近似分析是可行的。     

最大Lyapunov指数用于压气机局部性能的分析

对压气机叶尖、叶根失速类型的判断有利于在设计中增加控制措施以扩大压气机稳定工作范围。压气机内部流动为复杂的非线性系统,利用非线性时间序列分析中的最大Lyapunov指数方法,分别对单级和15级低速轴流压气机稳定工作状态下不同叶高处的动态总压试验数据进行分析,发现最大Lyapunov指数较大的区域容易失速,得到了此压气机叶尖与叶根进入失速的先后顺序,与失速过程的动态总压信号利用低通滤波方法进行失速类型判断得到的结论相一致。     

机翼扭转和副翼偏转横滚操纵比较研究

机翼扭转和经典副翼后缘偏转都是未来可能的智能机翼横滚操纵方案。采用Fluent仿真软件对扭转式机翼与经典副翼构型机翼进行了对比研究,主要分析两者在升阻性能、横滚操纵力矩、压力分布等方面的差异和特征规律,得到了扭转变形机翼相对副翼舵面的横滚操纵当量作用和气动优势。所设计的机翼方案由于扭转式机翼横滚操纵的机翼变形连续性以及所需扭转角度较小,易于保持流场的附着和稳定,所以达到相同横滚力矩系数,扭转式机翼所需扭转角度为副翼偏转角度的30%~50%左右,并且升阻比显著优于副翼式机翼,而且随着操纵角度增大优势更加明显,在大舵角操纵时扭转式机翼升阻比超过副翼式机翼约一倍。     

倾转旋翼机旋翼/机翼气动干扰理论与试验

采用参数化建模方法,建立了适用于飞行力学分析的倾转旋翼机旋翼/机翼气动干扰模型,提出一套简单而准确的干扰区计算方法,得出了干扰区边界的解析表达式,并根据解析式数值积分得到了干扰区的面积,据此给出了过渡过程中旋翼/机翼气动干扰的速度边界。针对上述模型和方法,进行了倾转旋翼不同旋翼总距、前飞速度以及短舱倾角下的旋翼/机翼气动干扰风洞试验,并通过理论计算结果与风洞试验结果的对比验证建模方法的正确性。     

非线性气动弹性模型参考自适应控制

 首先将含有前/后缘双控制面二元机翼的动态方程以状态空间形式描述,然后考虑俯仰方向的迟滞非线性模型存在参数不确定性的情况下,利用Lyapunov稳定性理论进行了结构化模型参考自适应控制律设计。仿真结果显示：所设计的控制律能够使开环不稳定的气动弹性系统快速地达到稳定状态。由于最大控制面偏转的存在,来流速度较高时闭环系统仍会发生颤振;根据控制面最大偏转的不同取值,文中给出了闭环临界颤振速度的变化曲线。     

带有气动及结构非线性的二元机翼颤振分析

研究了翼型在低马赫数条件下的非定常气动特性,从翼型表面气流运动的角度对Leishman-Beddoes(L-B)模型进行了修正,并在此基础上建立了适合低马赫数颤振研究且带有气动及结构非线性的二元机翼气弹系统分析模型.对比低马赫数翼型气动载荷试验结果表明对L-B模型的修正是有效的,且机翼颤振试验结果亦验证了二元机翼气弹分析模型.研究结果表明:二元机翼气弹系统的失速颤振与初始变距角和来流速度密切相关,且耦合的三次非线性变距和浮沉刚度是造成系统呈现准周期运动的主要原因.      

分段线性气动弹性系统的作动器饱和控制律研究

本文通过规范化带有分段非线性刚度的三自由度二元机翼的状态方程,研究机翼气动弹性控制律的饱和设计问题。基于参数变化引起的状态矩阵不稳定共轭特征根,分离出不稳定子系统。利用子系统时间可逆性寻找系统的零可控域和吸引域,结合高阶不变吸引域设计出针对不同可控区域的线性饱和反馈控制律。数值仿真结果表明:这种设计方法能快速镇定不稳定的气动弹性系统,在初始条件很苛刻的条件下亦能对模型进行有效控制。     

Polynomial networks based adaptive attitude tracking control for NSVs with input constraints and stochastic noises

This paper proposes a backstepping technique and Multi-dimensional Taylor Polynomial Networks (MTPN) based adaptive attitude tracking control strategy for Near Space Vehicles (NSVs) subjected to input constraints and stochastic input noises. Firstly, considering the control input has stochastic noises, and the attitude motion dynamical model of the NSVs is actually modeled as the Multi-Input Multi-Output (MIMO) stochastic nonlinear system form. Furthermore, the MTPN is used to estimate the unknown system uncertainties, and an auxiliary system is designed to compensate the influence of the saturation control input. Then, by using backstepping method and the output of the auxiliary system, a MTPN-based robust adaptive attitude control approach is proposed for the NSVs with saturation input nonlinearity, stochastic input noises, and system uncertainties. Stochastic Lyapunov stability theory is utilized to analysis the stability in the sense of probability of the entire closed-loop system. Additionally, by selecting appropriate parameters, the tracking errors will converge to a small neighborhood with a tunable radius. Finally, the numerical simulation results of the NSVs attitude motion show the satisfactory flight control performance under the proposed tracking control strategy.     

高超声速验证飞行器助推分离段流场数值研究

为了模拟有相对运动的多体非定常绕流，发展了基于弹簧近似的非结构动网格方法及耦合动网格的Euler解算器，作为方法验证，模拟了俯爷振动的NACA0012翼型绕流，计算结果与实验及文献结果非常接近。采用二维近似外形，对高超声速验证习行器助推分离段流场进行了数值研究，得到了不同时刻由于多体相对运动形成的干扰流场结构以及分离过程的气动力参数。     

指数型单元混联系统可靠性综合的信息论方法

研究了一种求解具有多层指数型数据混联系统可靠性近似限的信息论方法。根据单元试验信息提供的信息量与系统折合试验应提供的信息量相等的原理,导出了单元试验信息等效折合的基本公式,给出了指数型单元混联系统可靠性综合的基本模型和方法步骤,建立了系统可靠性近似限的基本模型,并以实例形式说明了方法的具体应用。      

基于遗传算法的旋翼翼型综合气动优化设计

结合直升机飞行特性及旋翼工作气动环境,提出了适用于中型运输直升机旋翼翼型优化设计的目标函数及约束条件.在此基础上采用遗传算法,以"黑鹰"(UH-60A)直升机旋翼翼型SC1095为基础翼型,进行多目标、多状态以及多约束条件下的旋翼翼型优化设计.优化翼型同SC1095翼型相比弯度稍大,最大厚度略有增加.结果表明:优化翼型气动力特性在满足约束条件的情况下,零升力矩系数减小了57.2%,最大升力系数增加了3.7%,阻力系数减小了7.5%.同时,非定常动态失速状态下的气动特性也有一定的改善,阻力系数和力矩系数的发散范围均有明显的减小.此外,悬停状态计算结果表明:采用优化翼型构成的旋翼与SC1095旋翼相比,具有更高的悬停效率及更低的力矩系数.      

Optimal filtering for systems with finite-step autocorrelated noises and multiple packet dropouts

This paper addresses the optimal filtering problem for a class of uncertain dynamical systems with multiple packet dropouts and finite-step correlated observation noises. By rearranging the stochastic terms in the transmission and measurement matrices of the dynamical system into the noises directly, the process noises and observation noises in resulted system depend on the state as well as the stochastic uncertain perturbations, and are not only autocorrelated respectively but also cross-correlated. For this complicated dynamical system, instead of designing a Kalman-type filter, a globally optimal filtering in the minimum mean square error sense is developed by exploiting sufficiently the statistical properties of correlated noises. Numerical simulation is provided to demonstrate the performance of the proposed filter.     

Optimal robust non-fragile Kalman-type recursive filtering with finite-step autocorrelated noises and multiple packet dropouts

In this paper, the optimal robust non-fragile Kalman-type recursive filtering problem is studied for a class of uncertain systems with finite-step autocorrelated measurement noises and multiple packet dropouts. The system state, measurement output and filter parameters are all subject to stochastic uncertainties or multiplicative noises, where the measurement noises are finite-step autocorrelated. When there exist multiple packet dropouts in the system output, the original system is converted into an auxiliary stochastic uncertain system by the augmentation of system states and measurements. The process noises and measurement noises of the auxiliary system are shown to be finite-step autocorrelated and cross-correlated. Then, a robust non-fragile Kalman-type recursive filter is designed that is optimal in the minimum-variance sense. The proposed filter is not only robust against the uncertainties in the system model and measurement model, but also non-fragile against the implementation error with the filter parameters. Simulation results are employed to demonstrate the effectiveness of the proposed method.     

超临界翼型Gurney襟翼增升技术实验研究

通过在二元翼型风洞中进行测力实验,研究了不同高度Gurney襟翼对超临界翼型气动力和力矩的影响规律。实验结果表明：在亚声速条件下,Gurney襟翼同样可以明显增加翼型的升力系数,使整个升力曲线向上平移,并使翼型低头力矩增加。高度为翼型弦长0.5%的Gurney襟翼可以带来超临界翼型的最大升阻比。同Gur-ney襟翼对NACA 0012翼型气动特性改变的对比表明,其在超临界翼型上带来的升力系数增量要大于在NACA0012翼型上的效果,但是带来的低头力矩增量较小。     

无尾飞机的高性能翼型设计研究

针对无尾布局飞机高升阻比与小低头力矩的翼型设计要求,在研究前加载与后卸载对翼型气动力影响的基础上,基于前加载与后卸载设计思想,采用调整翼型的厚度与弯度及其分布的翼型设计方法,很好地解决了无尾布局小低头力矩翼型设计问题,实现了具有高升阻比、小低头力矩的翼型设计目标。结果表明,该方法简单、易行,结果可靠,具有较好的工程实用性和操作性。