基于蒙特卡洛方法的冰晶撞击特性计算

航空发动机摄入冰晶易发生内部结冰、造成发动机推力损失,严重时引发航空事故。冰晶结冰数值模拟是研究冰晶结冰的重要手段,而撞击收集系数计算是冰晶结冰数值模拟的关键环节。基于NNWICE平台开展冰晶结冰前期的阻力系数、运动轨迹和撞击收集系数的数值模拟与计算研究,实现了基于蒙特卡洛方法的冰晶撞击收集系数的准确计算;在此基础上发展了拉格朗日框架下冰晶粒子运动、传热传质耦合数值计算方法;通过完成二维NACA0012翼型的相关算例,对比分析了不同阻力模型和冰晶相变对撞击收集系数的影响。结果表明阻力模型对冰晶撞击收集系数影响较小,冰晶相变过程会对冰晶运动轨迹及撞击收集系数产生显著影响,为进一步发展冰晶结冰数值模拟计算方法奠定了基础。     

壁面温度控制对平板边界层影响的数值研究

通过对零压力梯度的平板边界层流动施加温度控制,展开壁面温度控制对平板层流边界层和湍流边界层影响的研究,探索温度控制对平板转捩雷诺数和壁面摩擦阻力的影响规律。采用带有转捩模式的三方程湍流模型对平板边界层流动进行数值模拟,重点考察了壁面摩阻系数、平板转捩雷诺数、湍流边界层流动随壁面温度变化的规律。计算结果表明在壁面温度从288 K 增大到432 K 时,边界层转捩雷诺数增大约36%,表面摩擦阻力减少约9.6%。研究分析表明：加热控制使层流区域温度边界层内粘性作用增强,雷诺切应力和湍动能减小,流动更加稳定;而湍流区域边界层内粘性底层中速度梯度和粘性切应力减小,导致壁面处摩擦切应力减小。因此壁面加热控制可以延迟边界层转捩,减小湍流区摩阻系数,并减小平板摩擦阻力。     

变循环发动机模态转换建模及控制规律设计方法研究

为了实现变循环发动机快速可靠的模态转换,本文发展了变循环发动机模态转换过渡态模型及控制规律设计方法。在变循环发动机动态数值仿真程序的基础上,针对模态选择阀与涵道引射器这两个模态转换过程中的关键变几何部件,建立了高精度的气流突扩局部损失模型。首次提出了可考虑模态选择阀堵塞对发动机性能影响的模态选择阀堵塞模型,消除了由于模型不精确造成的模态转换参数波动。在建立的变循环发动机数学模型的基础上,提出了基于直接推力控制技术的模态转换控制规律设计方法,考虑了变循环发动机的8个可调参数,采用差分进化算法对模态转换过程进行了优化。结果表明,本文提出的模态转换控制规律设计方法可以实现变循环发动机快速平稳的模态转换,双外涵转单外涵的参数变化规律与单外涵转双外涵的参数变化规律基本类似,推力在0.6秒就稳定在目标推力值,其余参数大多在1.4秒之后才趋于稳定。本文提出的变循环发动机模态转换控制规律设计方法还可应用于常规航空发动机的加/减速过渡态控制规律设计中。     

无刷直流电机的模型预测与反演控制

为提高永磁无刷直流电机的控制精度、负载工作能力和响应速度，分析了电机的电气特性与机械特性，建立了连续时间系统下状态空间形式的电机模型，得到了电机转角、转速受控变化的规律;在离散时间控制系统中，采用了状态转移模型预测和估计系统误差，根据电机转动规律反演控制指令，提出了一种基于模型预测与反演，对电机转速、转角进行独立/联合控制的方法;在考虑工程实际应用中电机存在参数、测量等误差的情况下，与PID控制、滑模控制方法进行了负载情况下典型工况的对比仿真。仿真表明:所设计的控制器具有较好的控制精度、响应速度和鲁棒性。     

Shadow detection for mobile robots: Features,evaluation, and datasets

ABSTRACT

Shadows have long been a challenging topic for computer vision. This challenge is made even harder when we assume that the camera is moving, as many existing shadow detection techniques require the creation and maintenance of a background model. This article explores the problem of shadow modelling from a moving viewpoint (assumed to be a robotic platform) through comparing shadow-variant and shadow-invariant image features — primarily color, texture and edge-based features. These features are then embedded in a segmentation pipeline that provides predictions on shadow status, using minimal temporal context. We also release a public dataset of shadow-related image sequences, to help other researchers further develop shadow detection methods and to enable benchmarking of techniques.     

采用改进的CE/SE方法模拟方管中氢氧爆轰波的稳定传播结构

采用改进的时空守恒元/解元（CE/SE）格式和新型二步化学反应模型，对小扰动情况下方管通道中的氢氧气相爆轰传播过程进行了数值模拟，对不同截面尺寸和两种扰动模式下的爆轰波三波线结构进行了详细计算和分析。数值模拟花费了相对较少的计算代价，清晰地得到了方形截面通道中3种相对稳定的爆轰波传播结构，即直角模式、对角模式和螺旋模式。随着截面尺寸的减小，爆轰波胞格图样与波阵面结构随之产生适应性的变形，乃至出现胞格数目的减少和部分三波线的消失；最终，直角模式和对角模式都会转化为顺时针或逆时针的螺旋模式；临界尺寸下，得到了转换过程中新的过渡结构和压力脉冲振幅的变化，并以此初步讨论了直角和对角传播模式的稳定性。     

非设计状态下尾迹输运对高负荷低压涡轮附面层的影响

为了研究非设计状态下的上游尾迹在叶栅通道内的形态演化与发展,分析尾迹与叶片吸力面附面层的相互作用,基于高负荷低压涡轮(LPT)叶型Packb对非设计状态下尾迹输运进行了研究。研究主要通过数值模拟的方法进行,使用CFX软件,利用LES模型耦合Smagorinsky亚格子模型。讨论了非定常来流0°和+10°攻角工况下,尾迹与吸力面附面层相互作用的差异。分析发现,+10°攻角工况时,尾迹对附面层转捩的促进作用较0°攻角工况时更为显著;+10°攻角工况时,尾迹与附面层的相互作用时间更长,尾迹诱导转捩的起始位置更靠上游。     

Analytical expression for distant retrograde orbits around a small natural satellite

An analytical expression for distant retrograde orbits (DROs) is obtained in this study. Owing to the fact that a planar DRO is a closed orbit and can be expressed as an approximately elliptical orbit, respective geometries and periods of DROs are analytically calculated. A switching point, where various properties of planar DROs change abruptly with an increase in the orbital radius, is determined. The Mars–Deimos system is taken as a case study in this work. The proposed method can be applied to cases where the Hill’s approximation of the restricted three-body problem is valid. Numerical calculations are performed to validate the proposed method.     

广义矩阵法及其在流体力学中的应用

本文提出了由作者发展的、建立在非笛卡儿张量分析基础上的广义矩阵法,并根据选择的任意坐标系和基,在非正交的一般曲线坐标系中,导出三维空间的流体力学的一系列方程。作为示例,在任意的、不均匀螺旋距的螺旋线坐标系中,用广义矩阵法导出了包括粘性耗散函数表达式在内的、完整的可压缩粘性流动方程。还可导出在两种流体的分界面上,带有粘性及表面张力的应力边界条件。用该法导出的方程,文献已证实是正确的。     

投入产出理论中两种消耗系数关系的新推证

从随机过程中状态转移矩阵的概仿出发，对投入产出理论中从直接消耗系数Ａ求得完全消耗系数矩阵Ｔ，提出一种新的推证方法，证明了Ａ与Ｔ之间的数量依存关系。