基于样条曲线的机动弹头再入轨迹优化研究

使用三次样条函数拟合再入飞行器纵向运动轨迹,以样条曲线上的控制节点为优化参数,将再入轨迹优化问题转化为静态参数优化问题.最后以纵向平面内的最优轨迹为例,以终点速度最大和飞行时间最短为优化目标,采用基于Pareto定级排序遗传算法求解了在末端状态受约束的最优再入轨迹问题,验证了该方法的有效性.     

样条函数在估算飞机气动参数中的应用

根据气动参数估算的需要，分析了样条函数的基本概念，方程及三次插值样条函数在参数估算中的应用，以某歼击机全机平衡升力线斜率对马赫数的偏导数为例，用三次插值样条函数对其进行了估算。     

自由曲线.曲面几何设计：Bezier曲线,曲面的计算机离散算法

引言一般地说,要显示一条曲线或曲面,总是根据已知的型值点和边界条件,采用某种样条方法来确定一个拟合函数,由它来定义一条曲线或曲面,然后取自变量的不同参数值,得到曲线或曲面上的若干离散点,然后按一定顺序将其用直线连接,当直线的长度小到一定程度,     

关于空间样条以及利用空间样条构造曲面的几点引申

本文推导了用二阶导矢表示的空间参数三次样条函数 （p）_i（t）=（p）_i（0）（1-t）+（p）_i（1）t +（p）_i（0）t/6（1-t）（t-2）+（p）_i″（1）t/6（t²-1）并用这种曲线做基线和母线构造曲面。这种曲面能将直纹面包括在内。将这种曲面转换为直角坐标系下的双三次曲面,并令其中各型值点处的四阶混合偏导数为零,则得到满足重调和方程的曲面,也就是无外力的薄板的小挠度曲面。因此,对于小挠度曲面来说,用这种方程去拟合非常方便,只需利用建立三次样条函数的基本方程组求出各型值点处对自变量z和x的二阶偏导数就够了。     

屏幕拟合法在平面连杆机构离散点轨迹综合中的应用

屏幕拟合法是基于轨迹图谱、图形逼近理论及计算机可视化技术的一种平面连杆机构离散点轨迹综合的新方法。用三次B样条曲线将离散点拟合成连续的目标曲线。通过连杆曲线图谱，先初选一个与目标曲线形状接近的连杆曲线，通过调整连杆机构的尺寸参数和图形变换，改变连杆曲线的形状和位置．使其与目标曲线逐渐逼近，直到用肉眼观察完全重合为止。将连杆机构与目标曲线同时放大，在放大状态下再次调整机构参数和对图形进行变换，使两条曲线继续逼近，如果拟合误差满足精度要求则输出设计结果，否则重复上述过程，直到满足精度要求为止。此方法可用来满足任何形状和精度的轨迹拟合要求。     

三次参数曲线与三次B样条参数曲线的形态判别

对于引起三次参数曲线与三次B样条参数曲线产生拐点、二重点及尖点的条件曾作过探讨,并获得一些有用的结论。 在曲线设计方面,参数曲线的应用已较普及,其中四阶(即为三次曲线——译者注)的情况尤为重要。然而,在有些情况下,曲线的形态不能轻易地描绘出来。 本文中我们考虑平面情况,首先,研究三次参数曲线在全部定义域(-∞≤t≤+∞)中的某些性质,然后利用这些性质研究三次参数曲线与三次B样条参数曲线在(t_2≤t≤t_3)     

具有公共三次曲线的NURBS曲面片G2光滑拼接算法

非均匀有理B样条(NURBS)曲线、曲面造型理论是当前最先进的几何造型方法之一，大量基于NURBS的实用造型系统得到发展。对NURBS而言，虽然具有参数连续性，但为了实用需要，仍需构造具有一定光滑程度的合成曲面，满足局部设计和修改的目的。在作给出的具有公共三次曲线的NURBS曲面片G^1光滑拼接算法基础上，给出了具有公共三次曲线的NURBS曲面片G^2光滑拼接条件，得到了相应控制顶点、权系数的具体算法；对于一个已知NURBS曲面，构造另一个NURBS曲面，使其达到G^2拼接是简单易行的。     

三次曲线插值及其性质

给出了三次曲线插值的一种方法 ,即在已知两点及相应切线与弦线夹角的情况下 ,给出求满足插值条件的唯一的三次曲线的算法。利用本文的方法就可以构造连续三次样条曲线。另外本文中还分析了其性质 ,给出了曲率公式、等距线的表达式 ,并给出了具体的实例。     

有理B样条曲线的形状修改方法

本文修正了均匀B样条曲线的定义,引入了左极限的概念来处理B样条函数在重节点处左连续阶降低的情况,通过补充适当的附加方程解决了重节点引起的插值方程的降秩问题。     

弯曲进气道三维边界层预测

本文研究了弯曲进气道内三维可压缩湍流边界层的预测方法。采用非正交曲线坐标系中三维边界层积分方程,并引入掺混系数微分方程,用滞后掺混法求解,数值方法为预估-校正法,用三次样条函数解决了离散数据的插值、求导的精度问题。所编程序可在微机上运行。实例计算清楚地揭示了弯曲进气道内强横向流动对边界层发展的影响,计算所得的进气道总压恢复系数与实验值的误差为1～2％。     

乘波器的参数化设计研究

开展变楔角参数化乘波器的研究.研究中考虑了粘性效应,分析了不同设计参数对乘波器气动性能的影响.对比MAXWARP乘波器设计结果和数值求解NS方程的结果,验证了变楔角参数化乘波器设计方法的正确性.分析了不同的设计参数对乘波器气动性能的影响,为研究复杂的乘波器设计和优化规律提供了一个途径.参数化乘波器设计可方便的控制乘波器的外形尺寸,使乘波器的应用性大大提高.     

前加载翼型多点综合优化设计

前加载翼型具有低头力矩小、隐身性能好的特点,能够对气动和隐身特性进行合理折中,是理想的飞翼布局飞机截面翼型。首先介绍典型翼型参数化方法和评估方法,并对前加载翼型外形的控制能力进行评估,结果表明Hicks-Henne方法和CST方法对前加载翼型外形的控制能力较强,并且CST方法参数个数较少。然后依据飞翼布局飞机设计需求,在确定翼型设计状态和优化设计模型的条件下,将CST翼型参数化方法、N-S方程数值求解方法和遗传算法相结合进行前加载翼型多点综合优化设计,得到比参考翼型具有更大相对厚度和更优气动特性的设计结果。     

求解输流管道动态响应问题的一种有效方法

研究了两端铰支输流管道在脉动内流作用下的参数共振问题。根据数值分析中发现的参数共振响应特性,给出了第一和第二振型运动相互解耦的控制方程,并用谐波平衡法导出了参数共振响应曲线的近似解析解。算例表明,第一振型近似解与数值解吻合得很好,而第二振型解在共振点附近与数值解略有差距,但二者的整体走向完全相同。     

高性能螺旋桨优化设计

无人多旋翼飞行器使用的桨叶以固定翼螺旋桨为主,但其气动环境与固定翼不尽相同。使用逆向重构技术对原始桨叶进行参数化建模,并基于CFD数值计算技术对参数化基准模型的扭转角分布规律和叶型积叠方式在垂直飞行状态下进行优化设计。结果表明:在功率允许范围内,桨叶在悬停状态下的效率有了较大提升。     

直升机动力学中参数振动问题的数值解法

 参数振动问题是直升机的基本动力学问题之一,旋翼桨叶的挥舞弯曲微分方程和摆振弯曲微分方程都是复杂的参数振动问题,在许多计论直升机旋翼动力学的论著中~[1-4],有的虽然推导了复尽杂的参数振动方程,却没有提到求解的方法,有的对此根本没有论及.本文旨在讨论参数问题的数值解法.     

Aeroelastic analysis and structural parametric design of composite rotor blade

Based on FEM theory, a method of dynamic analysis for hingeless rotors considering anisotropic composite materials is established. A parametric modeling method of composite blade with typical profile and high simulation degree for design is proposed. Through the finite element method, the profile characteristics of rotor blade can be obtained efficiently and accurately, and the synchronization of parametric design and finite element analysis of structural characteristics can be realized. Then a 23-degrees of freedom non-linear beam element is used to simulate the extended one-dimensional beam, thereby a non-linear differential equation describing the elastic motion of the rotor is established. To obtain the cross-sectional target characteristics of the blades, an inverse design method is proposed for cross-section components based on combinatorial optimization algorithm. The calculation and validation work show that the proposed model can effectively analyze the aeroelastic characteristics of general composite rotors. Further, the influence of cross-sectional parameters on the aeroelastic stability and hub loads of hingeless rotor is analyzed and some remarkable conclusions are obtained.     

飞翼式客机机翼气动/结构综合优化方法研究

针对目前在飞翼客机机翼优化过程中对气动弹性效应考虑不充分、气动/结构耦合不充分的问题,分别对飞翼客机机翼的CFD（Computational Fluid Dynamics,简称CFD）气动模型、平板气动模型和三维板杆模型进行参数化建模,开展了针对飞翼布局客机机翼的气动/结构综合优化设计的研究,搭建了一套基于Kriging模型的前瞻性设计方法,获得了机翼最优的气动外形和结构构型,在有效降低机翼结构重量的同时,显著地减少了气动阻力。在满足精度及效率的前提下,气动子学科选用亚声速偶极子格网法以及基于Euler方程的CFD方法,结构子学科选用有限元分析方法,优化算法采用遗传算法。     

压气机试验件空气系统仿真模拟与敏感性分析

将空气系统简化为由节点和元件组成的一维拓扑网络,建立各部分的流动控制方程组,编制了仿真程序,利用循环中点求积牛顿法对方程组进行求解。将其应用于某压气机试验件空气系统计算,并对试验件空气系统的参数进行敏感性分析,探讨影响空气系统功能的主要因素。结果表明:利用参数微分法求解同伦方程,可增大牛顿法求解的收敛速度与收敛域;在该压气机试验件中,利用卸荷腔结构和封严能力较强的篦齿封严环可以将流路有效分隔开,有利于分别实现控制目标。      

基于人群搜索算法的Dykas汽轮机叶栅型线重构

针对汽轮机叶片智能优化设计中的叶片参数化建模与型线重构问题,首先基于三次Bezier曲线推导了叶片型线的坐标方程,根据叶片基本几何参数实现了汽轮机叶片型线的参数化表达。在构建的参数化模型的基础上,根据已知的叶型坐标点数据,采用人群搜索算法(SOA)重构实际汽轮机叶片型线,并通过叶型重构算例对SOA和粒子群算法(PSO)进行了对比分析。结果表明：基于Bezier曲线构建的参数化型线光滑性好质量高,所提方法可以任意修改叶型几何参数并再生模型,实用性较强且效率较高。基于SOA优化算法的叶片型线重构方法可以准确重构Dykas汽轮机叶片型线,且SOA重构叶型的方法收敛速度快、收敛结果更稳定,为汽轮机叶片优化设计奠定基础。