湍流数据同化技术及应用

近年来数据同化（DA）被引入湍流动力学研究中,通过融合实验测量和数值计算,提高了实验测量的精度和广度,改善了数值模拟的预测性能。实验观测、预测模型和同化算法是数据同化的三要素,湍流研究中的实验观测包括热线风速仪、粒子图像测速法（PIV）、压力传感器等局部测量数据,预测模型主要指流动控制方程及湍流封闭方程,而同化算法包括贝叶斯推断、集合卡尔曼滤波（EnKF）、伴随等。稳态数据同化一般结合雷诺平均Navier-Stokes （RANS）模型方程,从重新标定模型常数、修正涡黏模型方程形式误差、修正雷诺应力项等方面着手。非稳态的数据同化一般包括四维变分（4DVar）等时间连续的数据同化方式以及顺序数据同化。4DVar通过时间正向和逆向积分迭代,存储量和计算量都非常大。顺序数据同化不需要时间逆向积分,可以在若干时刻对实验观测进行间断地植入,正向求解整个系统。另外,随着人工智能的飞速发展,湍流数据同化研究也向智能化迈进。对于纯数据驱动的湍流机器学习,其缺乏物理本质的约束,而基于物理信息的机器学习在物理本质上与数据同化是一致的。     

数值模式中非模式变量的变分同化

首先简要介绍了四维变分资料同化的基本原理，并立足于数值天气预报的根本目的，以同化多时次直接观测资料地面累积降水量为例来研究四维变分资料同化中最有应用价值的、也是最艰巨的“同化非模式变量资料”问题，为进一步同化其它非常规观测资料奠定了坚实的基础。     

耦合粒子图像测速误差的连续伴随数据同化技术

提出了一种耦合粒子图像测速(PIV)实验误差的连续伴随数据同化算法，通过优化目标损失函数，增强算法在不同误差场景下的鲁棒性。为了验证该算法的有效性，先对已知PIV流场植入合成误差进行同化对比测试，继而对PIV互相关算法不同参数设置所获得的流场进行同化研究。结果表明：相比于原连续伴随数据同化，耦合PIV实验误差的同化算法能够对实验观测数据去伪存真，抗误差干扰能力明显提升，鲁棒性更强，能够对高误差场景下的流动数据进行更好地同化，准确地预测流场的真实分布规律，还原流场细节。     

基于数据同化的试验数据驱动的叶栅流场预测

为了更精确地预测压气机叶栅流场，发展了一套基于两步集合卡尔曼滤波数据同化方法的试验数据驱动的流场预测框架。首先使用测试函数校验了集合卡尔曼滤波算法的准确性，并探讨了各超参数的选取准则，分别使用S-A和SST湍流模型对MAN GHH叶栅在设计马赫数不同攻角工况下流场进行了试验数据驱动的流场预测，预测流场与试验测量结果高度相符。结果表明：相比原始参数的预测结果，数据同化校正后的流场与试验测量结果的偏差减小了将近70%；对于多数工况校正后流场叶片吸力面尾缘分离泡尺寸明显减小，分离起始点延迟，2种湍流模型校正流场的来流边界条件、流场物理量分布具有较高的一致性，表明试验数据驱动的流场对湍流模型的依赖性较低。     

基于实验数据同化的湍流模型常数标定:含滤网蒸汽阀门通流特性数值预测

为准确预测含滤网蒸汽调节阀通流特性,采用集合卡尔曼滤波算法,通过拉丁超立方抽样生成湍流模型常数的样本库并获得对应流场计算结果,融合部分开度下的阀门蒸汽流动压比-流量实验数据,对k-ωSST湍流模型的常数进行了重新标定.针对独立实验测量所得的流量数据,对比分析计算结果表明:重新标定的模型常数可以有效提高通流特性预测模型的...     

北京四维天成商务策划咨询中心

<正>机构简介北京四维天成商务策划咨询中心(简称CBSA)成立于2001年,是北京历史最长的咨询机构之一。四维天成致力于提升企业组织的管理水平、组织竞争力和组织绩效,依托国内高端院校资源,面向企事业单位提供管理诊断、管理咨询、企业内训和教练顾问服务。四维天成自成立以来,专注于企业管理和策划创新研究,是我国国家商务策划师资质认证标准和知识体系的创建者,曾担任原国家人事部策划创新人才、中国企业联合     

导弹协同作战四维制导控制研究

提出了具有三个剖面的导弹协同作战四维制导控制构架。以BTT控制形式的导弹为例进行了四维制导控制方法研究。在分析总能量控制理论的基础上,设计了适于具有过载自动驾驶仪内回路的BTT导弹的速度/高度解耦控制器,实现了四维制导构架中速度和高度剖面的解耦,最后进行了仿真验证。仿真结果表明,四维制导控制器能够根据任务规划系统的指令控制导弹实现协同作战。     

燃油最省的四维导引算法

 本文提出了一种燃油最省的四维导引算法,可用于在线性计算同时满足燃油最省及到达时间两个条件的最优飞行轨迹。数字仿真结果表明,该算法速度快、精度高,具有工程实用价值。本文所做的工作是为机载四维飞行管理系统实现的必要准备。     

北京四维天成商务策划咨询中心

<正>机构简介北京四维天成商务策划咨询中心(简称CBSA)成立于2001年,是北京历史最长的咨询机构之一。四维天成致力于提升企业组织的管理水平、组织竞争力和组织绩效,依托国内高端院校资源,面向企事业单位提供管理诊断、管理咨询、企业内训和教练顾问服务。四维天成自成立以来,专注于企业管理和策划创新研究,是我国国家商务策划师资质认证标准和知识体系的创     

无人驾驶客机和“四维”空中走廊

欧盟资助的"创新的未来空运系统"(IFATS)项目中有一项内容是研制一种无人驾驶客机。这种230座的无人驾驶客机每年可飞行3833小时,而目前客机每年只能飞行3650小时。该机油耗为5700升/时,预计每飞行小时需要6.4人时的维护量也比有人飞机低1.6人时。IFATS 研究小组同时还以无     

民用航空器四维航迹预测技术综述

民用航空器四维航迹预测是保障飞行安全、提升运行效率、缓解航班延误、倡导绿色飞行的有效支撑和重要保证.四维航迹预测的研究集中于如下领域:预测结构与流程、预测模型与方法、误差分析与精度提升,其中航迹预测模型与方法是核心,主要包括混合估计模型、质点运动模型与机器学习方法.最后,总结与提炼开展民用航空器四维航迹预测研究的思路和热点,并相应指出了未来的研究方向.     

飞机起飞爬升四维轨迹合成计算

等Mach/CAS爬升是一种符合驾驶员实际操作特性的爬升方法,可方便地对飞机进行四维导引和控制.研究了这种四维飞行剖面的计算与综合,分析了剖面的构成与结构特点,讨论了剖面解算的数值积分解算方法.最后以B737飞机为对象,进行了仿真计算,得到了满意的结果.     

叶片型面四维扫描测量仪研究

分析了四维扫描测量仪对航空发动机叶片检测的思路及扩展应用以及涉及的工艺变革，指出了传统检测叶片的弊端，为解决该领域技术发展提供了新思路。     

基于计划到达时刻的四维航迹规划

为了加速空管自动化与智能化技术的应用与实施,提出了水平航迹与高度/速度剖面分阶段设计的四维航迹规划方法。基于动态时间规整与层次聚类方法实现历史雷达航迹聚类分析,完成水平航迹设计。建立速度剖面规划模型,通过航迹生成器与速度调整器交互协作,精细化控制进场时间,以满足计划到达时间要求。以上海浦东国际机场PINOT进场航班为例实施验证,结果表明,四维航迹规划方法可有效实现航班的计划到达时间,从而减少航班延误,提高终端空域运行效率。     

基于基尔霍夫面的四维声学频域公式

流动诱发噪声问题是实际工程领域极为普遍的问题之一,经典的声比拟模型仅以声学压力为参考来评估声场特征分布还远远不够。从声压和声学速度矢量为变量的四维线性波动方程出发,选择包围非线性声源的基尔霍夫面为积分面,并结合对流格林函数,给出均匀运动介质的四维声学频域积分公式;针对静止、旋转单极子源和偶极子源开展数值预测研究。结果表明：本文获得的声压和声学速度分布与解析解吻合,均匀来流情形下静止点源的声场分布表现出典型的对流效应;受均匀来流、点源的自激频率、谐波阶次和旋转频率的共同影响,旋转点源的声场分布则表现出明显的多普勒效应和对流效应。本文对均匀流矢量气动噪声开展的精细化研究能够为声能量的评估和传输路径预测提供技术支撑,进一步为降噪研究提供理论依据。     

民机四维航迹/姿态一体化自适应控制

出于运营效率和飞行安全的考虑,民用飞机在航路终端区需有效减少飞行总系统误差（TSE）,提高空域资源利用率。在此航段中,飞行技术误差（FTE）是最主要的组成部分,需采用引导控制一体化的设计思想,实现民机起飞/着陆段四维航迹精确跟踪,有效减小飞行技术误差。基于回路传递函数恢复（LTR）技术协调设计随机线性系统状态观测器和最优控制器,解决大气紊流作用下的民机飞行控制系统设计问题。在此基础上,引入自适应投影算子估计大气扰动导致的气动参数不确定性,并对其作用效果进行补偿。仿真结果表明,基于LQG/LTR（Linear Quadratic Gaussian/Loop Transfer Recovery）控制技术的自适应飞行控制律可以有效抑制气动参数不确定性影响,能够实现民机四维航迹/姿态一体化高精度控制的目标。     

终端区四维轨迹到达时间的控制与计算

研究的目的是使管制员通过飞行管理计算机计算的结果来较精确地预测飞机到达各航路点的时间范围,在同时有多架飞机进场的情况下合理安排进近顺序。利用向量分解法,分析了飞机在有风情况下,特别是风向风速改变时地速的变化。给出了实时地速的计算方式,指出了通过调节两个航路点间加速度变化的位置来控制飞机到达下一航路点的时间,并给出了到达各航路点时间范围的计算方式。通过计算,管制员不仅可以推测出到达各航路点的高度及时间范围,避免飞行冲突,还能够安全有序的引导飞机按预计时间着陆,减少航班延误量。     

广州终端区进离场航线的四维航迹分析

<正>4D航迹广泛应用于空管的各种自动化系统中,是空域流量统计预测和冲突探测的技术基础,航迹管理技术也将是下一代空中交通管理的核心技术,在航迹预测方面,将提高预测的准确性,继而提高机场以及空域的利用率和安全性。     

基于高空风修正的四维航迹优化算法

航迹预测是基于航空器航迹运行的核心技术,也是空中交通流量管理的基础技术。结合航空器飞行速度数据与航段飞行时间数据,分析高空风对航空器飞行时间的影响。基于GRIB2格式风数据,建立高空风修正模型,提出一种四维航迹优化算法进行航迹预测。利用中南区域实际航班飞行数据进行算例仿真,并与实际雷达飞行数据进行对比。对比结果表明,预测飞行时间总误差分别减少了7%和16.4%,从而验证了模型的有效性与正确性。     

紊流环境下四维轨迹优化的伪谱方法研究

为了提高紊流条件下飞机的飞行安全,提出了一种基于伪谱方法的四维轨迹优化方法。建立了不确定环境中的飞机动力学模型和紊流模型,并设计了目标函数和约束条件;通过伪谱法将不确定环境下的四维轨迹优化问题转化为非线性优化问题,然后应用序列二次规划对该问题进行求解;讨论了不同的配点数对优化结果的影响,分析比较了GPM,LPM和RPM三种伪谱法的特点。仿真结果表明,紊流情况下,所提算法可以精确地找到四维飞行轨迹。