新型高超音速静压探针的设计和实验

参考了近40年来国外有关超音速和高超音速静压探针的研究成果,设计了多种并发展了二种高超音速静压探针。它们可精确地用于持续工作流场仅为30ms的流场静压测量。实测静压与自由流静压比p_(s,m)/p_(s,∞)=1.009;马赫数比M_(∞m)/M_(∞,)=0.993。实验在加拿大多伦多大学宇航研究院的高超音速炮风洞里完成。炮风洞喷管出口气流特性是:(空气)自由流总压比_(t,∞)=25.5MPa,总温T_(t,∞)=1000K;马赫数M_∞=8.30;自由流静压p_(s,∞)=2.13kPa;雷诺数R_e=3.2×10~7。以探针直径D为基准的R_(e,D)=34,000～52,800。这种探针己被用于“管内高超音速流场发展实验研究”中了。     

单转子轴流压气机不同状态下进出口三维时均流场

用圆锥四孔高频压力探针测量了单转子轴流压气机不同流量状态下, 转子进出口三维时均流场。结果表明, 压气机转子进口流动沿周向呈现较强的周期性变化, 尤其在近失速状态, 叶片压力面侧总压和静压高, 吸力面侧总压和静压低, 而前缘附近轴向速度低、相对气流角大。      

基于四孔压力探针技术的涡轮转子出口流场测量

利用位移机构移动四孔压力探针,对小展弦比涡轮转子出口不同试验状态下的流场进行了测量.试验前对四孔压力探针进行了标定,试验中利用同步锁相技术进行数据采集,采用等相位平均法进行数据处理,再通过插值算法对探针压力数据做进一步处理,准确得到了转子出口具有周期特性的马赫数、偏转角、俯仰角、总压、静压、速度等流场参数.测量结果清楚表明:泄漏流区域的速度低,对应的相对总压小,损失大;间隙大时,泄漏流显著,导致气流亏转,对应的静压高,膨胀程度小于主流.     

接受孔形状对预旋供气系统内气流流动影响研究

为对比不同形状接受孔的预旋系统内气流流动特性,通过数值模拟方法,对带有不同形状接受孔的预旋系统进行了研究。研究发现:收缩型接受孔入口截面气流流通面积较大,相对速度较小,在预旋系统中的性能最优,其次是类梯型,最后是直孔型。同一旋转雷诺数下,带收缩型接受孔的预旋系统无量纲温降较直孔型提高5.8%,总压损失系数降低3.0%。三种类型接受孔的预旋系统无量纲温降和总压损失系数均随进出口压比的增加而增大,在相同压比下,收缩型接受孔预旋系统无量纲温降最大,总压损失系数最小。     

速度梯度和近壁效应对压力探针测量误差的影响

通过模拟实验 ,分析了速度梯度和近壁效应对圆锥四孔压力探针测量误差的影响 ,通过量纲分析 ,导出速度梯度系数这一相似参数 ,用于研究梯度引起的测量误差。实验结果表明 ,横向、纵向梯度分别引起偏转角、俯仰角测量误差 ,梯度使气流方向测量值向负梯度方向偏转。速度梯度一般使静压测量值偏小 ,使总压测量值偏高。近壁引起的气流角和静压测量误差方向及大小 ,不仅和探针与壁面的相对位置有关 ,还和来流方向有关。近壁效应对总压测量影响不大。当探针头部中心距离超过二倍探头直径时 ,近壁效应的影响可以忽略。研究了近壁和梯度的综合对探针测量的影响 ,表明两者的影响不是简单的线性叠加。     

速度梯度、近壁效应和Re数对压力探针测量误差的影响

通过模拟实验研究, 分析了速度梯度、近壁效应和Re数对几种叶轮机流场测量用压力探针测量误差的影响。实验结果表明, 横向梯度能引起偏转角测量误差;纵向梯度能引起俯仰角测量误差;梯度使气流方向测量值向负梯度方向偏转。圆柱探针和锥形多孔探针相比, 气流方向测量误差对速度梯度更敏感, 纵向梯度对俯仰角测量值的影响尤其大。速度梯度一般使静压测量值偏小, 使总压测量值偏高。纵向速度梯度对圆柱探针的静压测量值的影响规律例外, 正速度梯度引起大的静压正误差, 负速度梯度引起大的静压负误差。圆柱探针比锥形多孔探针近壁效应严重。近壁引起测出的气流方向偏离壁面。近壁一般使静压测量值偏小, 但圆柱探针头部近叶轮机机匣时静压值反而偏高。近壁对总压测量影响不大。速度梯度和近壁对测量误差的影响还与来流方向有关。低Re数使静压测量值偏大, 几何形状不同的探针Re数的影响范围不同。      

基于半无限引压管效应的动态压力测量方法

实验研究了动态压力信号在有限和半无限引压管腔中传播的幅频特性及其与引压管结构变化的规律性关联.采用半无限引压管结构设计了头部为基尔整流罩的动态总压探针,测量大角度来流的气流总压,并对其动态传递函数进行标定.对一台轴流压气机转子尾迹的测量结果显示:动态总压探针可以测量到转子尾迹的总压流场特征,获得叶片端区流动等大梯度总压流场.对于采用引压管腔的动态探针设计中管径变化和弯曲造成信号能量的衰减作用,半无限引压管效应可有效减小动态压力信号的能量衰减,并减弱管腔的谐振效应.     

亚声速条件下总压探针临壁效应的数值研究

本文基于数值模拟的方法,研究了四种不同结构 (A型、B型、C型、D型)的总压探针在不同近壁距离条件下对流场及自身总压测量值造成的影响,并将数值模拟结果与文献实验结果对比。结果表明：相对近壁距离c/d越小,造成总压探针头部气流偏转角误差越大,总压探针的测量误差越大,总压损失系数最大值小于1%;当c/d>3,总压损失系数趋近于0,说明近壁距离大于3倍探针外径时临壁效应消失;在同一工况下,四种结构的总压探针测量值受到临壁效应的影响依次增大;被测流场流动均匀性减小,靠近总压探针支杆后方速度均匀度最小。     

涡轮叶栅下游二次流损失增长的研究

本文采用了一低速涡轮叶栅在下游若干平面上测量了二次流的总压损失。经研究分析,得出了一套损失的经验公式,并与国外已发表的二次流损失关系式作了比较,对其中存在的疑点提出了看法。试验中采用一小型Kiel快速响应的压力探针,在微机控制下,迅速得到各个截面的总压损失系数平均值,大大提高了测量的速度和精确度。      

新型消旋波瓣混合器射流掺混机理研究

为了消除高进口预旋时波瓣混合器表面流动分离,将基准波瓣混合器侧壁直叶瓣设计成类叶型式的折转叶瓣,形成一种新型消旋波瓣混合器。研究了多种进口预旋工况下消旋波瓣性能参数、涡系发展以及射流掺混机理与基准直波瓣的异同。结果表明:新型消旋波瓣改善了进口预旋工况下波瓣吸力面压力分布;重新组织了波瓣出口截面气流周向角度的径向分布。在进口预旋超过10°以后,消旋波瓣混合器的总压损失以及波瓣式喷管的总压损失均小于基准直波瓣。消旋波瓣混合器在高进口预旋时性能优异,波瓣出口截面周向气流确实加速了下游射流掺混。     

Analysis of Modeling and Bias Errors in Discrete-Time State Estimation

This paper concerns the effects of modeling and bias errors in discrete-time state estimation. The newly derived algorithms include the effect of correlation between plant and measurement noise in the system. The effects of nonzero mean noise terms and bias errors are considered. With plant or measurement matrix errors, divergence can occur. The local or linear sensitivity approach to error analysis, where the sensitivity is defined as a partial derivative with respect to a variable parameter taken about the modeled value, will not show this divergence due to neglect of higher order terms. Approximate algorithms are presented which circumvent the problem inherent in the local sensitivity approach. These make use of a "conditional bias" concept which views system error as a bias, conditioned on knowledge of the state estimates. It is shown that the actual error in optimum estimation is orthogonal to the residue error for suboptimum estimation where the residue error is defined as the difference between the actual estimation error and the optimum estimation error. Two examples, one concerning an integrated navigation system, demonstrate the theoretical results.     

Random Weighting Estimation Method for Dynamic Navigation Positioning

This paper presents a new random weighting estimation method for dynamic navigation positioning.This method adopts the concept of random weighting estimation to estimate the covariance matrices of system state noises and observation noises for controlling the disturbances of singular observations and the kinematic model errors.It satisfies the practical requirements of the residual vector and innovation vector to sufficiently utilize observation information,thus weakening the disturbing effect of the kinematic model error and observation model error on the state parameter estimation.Theories and algorithms of random weighting estimation are established for estimating the covariance matrices of observation residual vectors and innovation vectors.This random weighting estimation method provides an effective solution for improving the positioning accuracy in dynamic navigation.Experimental results show that compared with the Kalman filtering,the extended Kalman filtering and the adaptive windowing filtering,the proposed method can adaptively determine the covariance matrices of observation error and state error,effectively resist the disturbances caused by system error and observation error,and significantly improve the positioning accuracy for dynamic navigation.     

航天飞机三维最优再入轨道及气动加热过程

本文应用现代控制理论研究了航天飞行器三维最优再入轨道和与轨道参数密切相关的气动加热过程。文中选择飞行器迎角和倾斜角作为控制变量,以飞行器气动加热率和飞行过载沿轨道积分最小作为优化性能指标,按极大原理导出最优再入轨道有约束控制的非线性两点边值问题。采用了数值优化方法——共轭梯度法求解有升力飞行器的最优再入轨道及其热过程。文中以允许误差法讨论了权系数和罚函数的选取方法;对不同速度范围研究了不同的加热模型;按热平衡方程与优化轨道同步迭代的方法求得了算例数值结果。算例的数值结果与文献[13]的量值是一致的。     

Frequency-Agility Processing to Reduce Radar Glint Pointing Error

A technique to reduce radar pointing errors due to glint using frequency agility and amplitude weighting is presented. The reduction in rms tracking error is developed into an equation dependent upon the original glint tracking error, ?g, and the number of returns weighted, N. The rms tracking error is thereby reduced approximately by a factor of N. Finally, the equation formulated allows one to evaluate the reduction in glint error versus the number of frequencies chosen for frequency agility.     

煤油燃料超燃发动机燃烧室温度测量与计算分析

为获得超燃冲压发动机燃烧室流场温度分布特性,深入分析发动机工作特性,对马赫数为2.0,总温为1100K,总压为1.0MPa的来流,利用可调谐的相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）技术完成了直连式燃烧室流场温度测量;同时对实验状态进行了三维并行数值模拟,对比分析了计算和实验结果的差异。结果表明,隔离段温度的实验测量值与计算结果的最大相对误差约为0.8%;在燃烧室核心流区域,当量比为0.6和0.8两个状态下,实验测量值分别比计算值偏低约40K和150K,相对差异为4.2%和13%;在凹槽回流区内,当量比为0.6和0.8时实验值则分别比计算值偏低约140K和170K,相对差异为11.7%和7.5%。主喷油位置喷入当量比为0.2的燃料对燃烧室区域的温度和压力分布会产生较大影响,但对扩张段及后部区域的推力性能不会产生显著的改变。      

鲁棒EKF在脉冲星导航系统中的应用

针对脉冲星导航系统的滤波问题,传统的扩展卡尔曼滤波(EKF)算法存在不能克服系统模型存在不确定性参数以及乘性噪声等缺陷,提出一种鲁棒EKF算法。首先,分析了状态预测误差方程和估计误差方程,利用统计学原理,得到了状态预测方差矩阵和状态估计方差矩阵计算等式。由于系统模型存在不确定性参数,状态预测协方差矩阵和状态估计协方差矩阵无法计算;因此,利用4个重要矩阵不等式,分析并找到预测方差矩阵和状态估计方差矩阵的上界。最后,利用状态估计误差协方差矩阵上界设计状态增益矩阵,使得状态估计协方差矩阵的迹最小。将该算法对脉冲星导航系统进行仿真,仿真结果验证了所提算法的有效性。     

磁暴下的LEO卫星精密轨道确定

对低轨卫星（LEO）,大气阻尼摄动是主要的定轨误差源.尤其在发生磁暴时,求解一个大气阻尼因子的定轨方法已不能充分吸收大气密度计算不准所造成的定轨误差,因而在标校统一S波段（USB）的测量系统差和随机差时往往计算失真.本文提出了一种求解折线型Cd因子的新方法,克服了动力学模型不准所带来的定轨误差,通过与独立的GPS数据比较,定轨精度有明显提高,同时给出的测量系统差和随机差更加真实可信.     

Effects of Random Implementation Errors in Matched Filters for Binary Phase Code Pulse Signals

The effects of implementation errors in tapped delay line filters on the peak-to-sidelobe ratio and the signal-to-noise ratio of binary PSK pulse compression codes are considered. As error model the delay elements and weighting factors of such filters are assumed to have an error distribution with known mean and variance.     

Markov随机跳变系统的传感器系统误差估计

 针对Markov随机跳变系统的系统误差估计问题,提出一种基于马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)和最大似然估计相结合的在线系统误差估计方法。利用最大似然估计给出系统误差等效后验概率分布函数,采用Metropolis-Hastings抽样方法从该概率分布函数中进行抽样;利用系统误差估计和状态估计互为因果的关系,采用期望极大化(EM)方法迭代估计出最优的系统误差;分别对时变和时不变系统误差场景进行仿真分析,结果表明,在考虑系统误差统计特性的同时,所提方法对解决目标运动模型难以建立情况下的系统误差估计问题具有可行性和有效性。     

有源相控阵中场测量中的空间误差研究

由于中场监测设备量少,且测量效率高,所以是有源相控阵雷达阵面测量的重要方法之一,在工程中得到了广泛应用。其系统误差包括监测方法误差和测量设备误差,其中测量方法误差非常关键,而测量设备误差与所采用的具体设备有关。在中场测量中,探头的位置偏移导致的空间误差是其特有的测量方法误差。本文对空间误差进行了理论分析,并以x波段有源相控阵的中场测量为例,给出了空间误差的计算结果和实验结果。计算结果表明,空间幅度误差很小;空间相位误差与被测阵面口径、测量距离和探头位置偏移有关。实验结果进一步验证了这种计算结果。分析结果为中场测量的实施提供了参考,具有一定的工程意义。