Multilevel Characteristic Basis Function Method with ACA for Accelerated Solution of Electrically Large Scattering Problems

The multilevel characteristic basis function method(MLCBFM)with the adaptive cross approximation(ACA)algorithm for accelerated solution of electrically large scattering problems is studied in this paper.In the conventional MLCBFM based on Foldy-Lax multiple scattering equations,the improvement is only made in the generation of characteristic basis functions(CBFs).However,it does not provide a change in impedance matrix filling and reducing matrix calculation procedure,which is time-consuming.In reality,all the impedance and reduced matrix of each level of the MLCBFM have low-rank property and can be calculated efficiently.Therefore,ACA is used for the efficient generation of two-level CBFs and the fast calculation of reduced matrix in this study.Numerical results are given to demonstrate the accuracy and efficiency of the method.     

Analysis of precipitable water vapour characteristics from GNSS measurements during the snow season in Liaoning Province,China

Global Navigation Satellite System (GNSS) remote sensing precipitable water vapour (PWV) data from November 2015 to March 2019 were combined with snowfall observation data and used to analyse PWV characteristics in Liaoning Province during the snow season (from November to March the following year) and their relationship with snowfall. The potential of using GNSS for PWV measurements was demonstrated using sounding data with a correlation coefficient higher than 0.9 and a mean bias error lower than 0.5 mm. According to the GNSS PWV data gathered at 30-min intervals from 68 GNSS stations in Liaoning during the snow season, the monthly PWV average was highest in November and lowest in January. Negative correlations were found between PWV and altitude. Most of the water vapour was concentrated in the low layer of the atmosphere, and the contribution of this vapour to the PWV was higher during the snow season than in summer. A total of 43 snow cases were identified using the snowfall records from 53 GNSS stations, and the characteristics of PWV during these snowfalls were analysed. An increase in PWV was observed before snowfall events. Moreover, the influence of synoptic systems and air mass origins on PWV was analysed based on National Centers for Environmental Prediction (NCEP) reanalysis data and the Hybrid Single Particle Lagrangian Integrated Trajectory (HYSPLIT) model. The results show that the water vapour condition was better when the synoptic systems or air masses came from areas south of Liaoning.     

共轴刚性旋翼直升机桨毂阻力特性试验

共轴刚性旋翼直升机在突破常规直升机前飞速度极限的同时会产生巨大的桨毂阻力。为研究共轴刚性旋翼直升机桨毂的阻力特性,采用天平测力的方式在1.4m×1.4m直流风洞中对不同的共轴双桨毂组合模型进行了风洞试验。试验状态变量包括桨毂转速、模型各部件间缝隙和不同整流模型组合。试验结果表明:共轴双桨毂试验模型的阻力受对称光滑桨毂旋转运动的影响基本可忽略;各整流部件间缝隙对模型所受阻力影响较大,大缝隙会使试验模型阻力增大;各整流部件分离尾流存在较大的气动干扰,使模型所受阻力明显增加。     

大展弦比机翼翼梢装置性能特性研究

针对大展弦比机翼的四发涡桨飞机巡航速度较低、巡航升力系数较大的缺点,通过加装不同的翼梢装置改善翼尖流场特性,从而提高升阻比,提升飞机起飞性能、爬升性能和续航性能。计算结果表明,翼梢装置可有效提高大展弦比机翼飞机的飞行性能,为进一步优化翼梢装置提供了技术基础。     

超声偏振横波与铝合金棒材内部应力的关系研究

利用垂直入射的偏振横波换能器,首先研究了偏振方向与铝合金棒材挤压方向成不同角度的超声横波速度的差异,然后对不同应力下与应力方向成不同角度偏振的超声横波速度的变化进行了研究。试验结果表明:在无应力时,平行于挤压方向偏振的横波和垂直于挤压方向偏振的横波的速度差异不大,棒材的各向异性对不同方向偏振横波速度的影响不明显。当施加应力后,平行于应力方向偏振的横波传播时间升高,垂直于应力方向偏振的横波传播时间降低;在剔除材料弹性变形所带来的声传播距离变化的影响后发现,平行于应力方向偏振的横波声速降低,垂直于应力方向偏振的横波声速升高;与偏振方向平行的应力对横波速度的影响大于与偏振方向垂直的应力对声速的影响。     

民用飞机大侧风验证试飞方法研究

抗侧风作为飞机飞行的一项重要能力,需要通过试飞的方法进行验证,以表明飞机的抗侧风能力满足民用飞机适航规章条款的要求。主要从大侧风的试飞方法、试飞技术、试飞结果处理方法、适航验证等方面进行研究,提供民用飞机的大侧风验证试飞方法和适航符合性方法研究。     

基于支持向量回归代理模型的气动力优化设计

目前,气动力优化设计中通常基于经验风险最小化原则构建代理模型,预测精度的提高需要更多的训练样本,计算代价较大,同时盲目降低代理模型的训练误差难以避免过学习问题。针对上述问题,首先提出采用支持向量回归(SVR)方法基于结构风险最小化原则构建代理模型的思路,然后对测试函数和翼型阻力进行预测,最后对某型运输机机翼进行优化设计试验。结果表明:与其他代理模型对比,基于SVR的代理模型在小样本情况下具有较好的泛化能力,并且能够快速准确地预测气动特性,在飞机优化设计中,可以提高工作效率,优化结果可靠、可控。     

高阶精度方法下的湍流生成项对跨声速流动数值模拟的影响研究

利用五阶空间离散精度的WCNS格式和多块结构网格技术,通过求解雷诺平均NS方程,开展了SST两方程模型不同湍流生成项组合方式对跨声速流动数值模拟影响的计算分析。研究的主要目的是为高阶精度格式在复杂外形上的工程应用提供技术支撑。计算模型采用了RAE2822超临界翼型和DLR-F6翼身组合体构型。研究内容主要包括不同湍流生成项对残差收敛历程、边界层湍流粘性系数分布、边界层速度分布、压力系数分布以及模型整体气动力特性的影响。不同湍流生成项组合方式的流场计算结果还与风洞试验数据进行了对比。研究结果表明:对于小迎角不存在明显分离的跨声速流动,不同湍流生成项对流场的高精度计算结果的影响很小,可以不用考虑。     

高阶精度方法下的湍流生成项对低速流动数值模拟的影响研究

基于雷诺平均的Navier-Stokes方程和结构网格技术,采用五阶空间离散精度的WCNS格式,开展了SST两方程模型不同湍流生成项对低速流动数值模拟的计算分析。主要目的是为高阶精度格式在复杂外形上的应用提供技术支撑。计算模型包含了低速NLR7301两段翼型和Trap Wing高升力构型,研究内容主要包括不同湍流生成项对收敛历程、边界层湍流粘性系数分布、边界层速度分布、压力系数分布、气动特性的影响。在与试验数据对比的基础上,计算结果表明:对于低速二维流动,不同湍流生成项对收敛历程有比较明显的影响,对附面层湍流粘性系数分布和速度型影响不明显,不同湍流生成项主要影响主翼前缘的吸力峰值,进而影响升力系数和压差阻力系统;对于低速三维流动,不同湍流生成项对低速流动的收敛特性影响不明显,对翼梢涡的模拟精度有比较明显的影响,进而影响翼梢站位的压力分布和总体气动特性。     

基于LADRC的无人直升机轨迹跟踪

无人直升机轨迹控制系统是对多输入/多输出强耦合非线性系统进行解耦控制的系统。为解决无人直升机轨迹控制效果依赖于直升机物理参数的测量和辨识精度以及外部扰动大小问题,提出了一种基于线性自抗扰控制(LADRC)的多回路无人直升机轨迹控制系统。首先建立无人直升机X-Cell的飞行动力学模型,并引入风切变、大气紊流和突风模型以更加准确模拟真实飞行环境;然后对X-Cell进行配平计算以验证动力学模型和配平算法的准确性,并选取一组配平值作为轨迹控制仿真的初始状态和操纵量;随后根据被控量的动力学方程阶次选取对应的一阶和二阶LADRC基本控制器,并结合时间尺度原理,自内向外依次构建无人直升机的姿态、速度和位置控制回路,将三回路串联从而建立了无人直升机轨迹控制系统;而后进行了稳定性分析,特征根计算结果表明轨迹控制系统镇定了X-Cell开环系统不稳定的动态特性;最后将该控制系统应用于各种扰动下直升机轨迹跟踪仿真,结果表明本文无人直升机轨迹控制系统能很好地实现带爬升率的"8"字形轨迹跟踪,且相比于基于比例积分和微分(PID)控制的轨迹控制系统,该控制系统具有更优的鲁棒性和抗扰性。