基于特征正交分解法的翼型结冰冰形快速预测

为加快翼型结冰冰形的计算速度,提出了一套基于特征正交分解(POD)法的结冰冰形快速预测算法.通过计算流体动力学(CFD)数值模拟计算得到的冰形结果作为样本,以结冰温度单参数变化时为例,详细介绍了POD法预测结冰冰形的实现步骤.考虑结冰温度、结冰时间以及液态水含量的影响,完成了单参数、两参数与三参数变化时的POD结冰冰形快速预测.通过算例结果发现:完成POD预测计算只需几秒钟且POD法与CFD法得到的冰形吻合较好,仅在冰角附近有较小差别,表明POD方法能够快速、准确地得到翼型的结冰冰形.      

基于准模拟的飞机过站时间预测方法

飞机过站时间是飞机级设计要求,它对航空公司运营成功与乘客满意度有重要影响。因此,在飞机概念设计阶段,有必要对其设计要求进行确认。提出了一种基于准模拟的飞机过站时间预测方法,其中占过站时间较大比例的乘客登离机时间利用基于离散时间仿真方法计算得来,其余过站服务时间由工程经验方法进行估算。利用此方法对各大飞机公司所提供的型号进行登离机时间模拟,并验证了仿真模型的精确度。以某单通道飞机为例,计算登离机时间并估算飞机过站时间,算例表明此方法能为设计人员评价不同登离机人数、登离机策略、舱门个数对过站时间的影响。在飞机概念设计阶段,设计员能够利用此方法快速获得较可信的登离机时间和过站时间。     

基于本征正交分解的流场快速预测方法研究

对于飞行器气动设计,通过实验或CFD计算获得所有设计状态处流场信息成本高、耗时长,难以满足工程应用要求。利用基于本征正交分解(POD)降阶模型结合相应的插值方法,只需要通过实验或CFD计算获取有限个数的采样流场,可以快速预测出具有满足精度要求的设计状态处流场信息。首先,证明对POD基系数插值获取预测流场与对采样流场直接插值获取预测流场的等价性,并分析采样流场分布的要求。然后,以三段翼型流场作为研究对象,POD降阶模型分别与三次样条插值和径向基插值结合,实现设计状态处流场信息快速预测。最后,通过将流场预测结果与相同条件下的流场CFD计算结果对比,表明了POD降阶模型结合两种插值方法的各自特性。     

基于POD和ARMA的阵风响应预测降阶模型研究

针对阵风响应流场高效精确分析需求,基于非定常CFD数值模拟发展了一种快速流场预测的降阶模型。采用本征正交分解(POD)方法对高斯阵风激励的CFD非定常流场快照进行特征分析、并基于能量占比准则截取主要基模态来降维,采用自回归滑动平均(ARMA)方法建立各主要基模态系数的线性预测模型。采用NACA0012和DLR-F12的分析算例进行了验证,与CFD非定常计算结果对比分析表明,模型具有可靠的计算精度,适合于精确高效快速分析阵风响应,为阵风减缓设计提供技术支撑。     

航空发动机吞冰进气及冰轨迹CFD仿真开发技术

建立了航空发动机吞冰进气及冰轨迹CFD虚拟试验验证模型。研究发动机进气吞冰进气条件下,冰块六自由度运动姿态和轨迹的流场快速模拟方法,基于吞冰流场计算方法建立了一套规范化的快速分析方法和流程,并基于 Fluent求解器,开发工程化评估软件。基于该方法和软件系统可以为航空发动机进气条件下的冰轨迹,预测提供可靠的数值评估手段,可以有效节约试验成本、提升研发效率。     

捕获轨迹法在××无人机投放试验中的应用

介绍一种投放外挂物脱离母机状态的风洞测力试验和飞行轨迹分析融于一体的“捕获轨迹”方法。该方法能较精确地获得外挂物在复杂干扰流场中所受的空气动力和力矩，实时地提供离机后的轨迹和姿态，预测了无人机和母机之间飞行是否相容的问题。全尺寸的飞机投放试验表明，“捕获轨迹”技术是一种精确预测外挂物分离特性的方法，解决了大展弦比无人机安全离机的关键问题。     

低速空降风洞试验的关键技术

低速空降风洞试验的一个重要目的是研究伞降人员在离机初期的运动姿态和空间轨迹，考察伞降人员的离机安全性。从不带伞空降风洞试验出发，分析归纳单次出舱和连续出舱空降风洞试验中的一些关键技术，包括试验方法的选取、相似参数的确定、空降模型的设计加工和调整技术、载机支撑方式和支撑干扰的影响、空降模型出舱姿态的控制、空降轨迹捕获和分析技术等。进而初步探讨带伞空降风洞试验的一些特有问题，旨在为进一步发展低速空降风洞模拟试验技术提供支持。     

旋转弹气动力建模与飞行轨迹仿真

运用一种自回归滑动平均(ARMA)的时域气动力建模方法,以计算流体力学与刚体动力学(CFD/RBD)耦合仿真的输出结果为样本,对旋转弹的非定常气动力进行建模。利用建立的气动力模型与刚体动力学方程求解模块耦合,实现了旋转弹轨迹的快速仿真,并讨论了不同的建模方式对仿真精度的影响。算例结果表明:采用气动力模型与刚体动力学方程耦合仿真技术可以在不同初始发射条件下进行旋转弹飞行姿态与运动轨迹预测,且与CFD/RBD仿真结果吻合较好,证明ARMA气动力建模方法可以在保证旋转弹轨迹预测精度的同时大幅缩短仿真时间,节省计算资源。     

基于轨迹映射的无人机拖曳式空中回收轨迹优化

针对无人机拖曳式空中回收过程中的轨迹优化问题，提出一种基于轨迹映射的无人机回收轨迹在线优化方法。首先，建立包括缆绳-浮标-无人机组合体的运动模型、机翼折叠模型在内的空中回收系统模型。随后，提出轨迹映射的思想，利用双向长短期记忆（BiLSTM）神经网络建立回收系统中回收指令和回收轨迹之间的精确映射关系。然后，利用轨迹映射网络实时预测不同指令下的回收轨迹，并根据计算的预测轨迹代价利用粒子群优化（PSO）算法优化得到最佳回收指令。最后，仿真结果表明：所提的轨迹映射网络具有较高的预测精度和计算速度，所提的方法可以优化出使无人机稳定快速回收的轨迹。     

飞机空中解体事故的残骸轨迹重建

本文采用高精度的数值解法－龙格－库塔法和二维分步优化计算方法，对飞机空中解体事故的残骸轨迹进行了分析研究，并复现了残骸的运动轨迹。为飞机事故调查单位分析事故原因提供了重要的线索和依据，同时给出模型机空中解体试验的计算结果，以证明这种方法是正确的、实用的。     

基于KZK方程的声爆频域预测法

建立了一种快速预测声爆传播特性的频域方法,基于传统Khohklov-Zabolotskaya-Kuznetsov (KZK)方程,描述声爆沿激波波阵面法线方向的传播。为了验证模型正确性,以NASA TD N-161中试件C为对象,首先基于不同网格,利用计算流体力学(CFD)方法得到超音速流场;将CFD结果作傅立叶变换后代入模型方程,快速求解声爆传播特性。预测结果与NASA实验结果符合很好,研究表明：预测方法能够捕捉声爆的非线性传播,声衍射项使得声场在远场趋于轴对称分布,远距离传播后声能量集中于低频分量。     

基于POD-RBFN降阶模型的串列叶栅流场预测

通过传统实验或CFD 手段获取流场信息的方法往往需要耗费大量资源或时间,这在需要快速获取大量流场信息时产生的成本是无法接受的,发展比传统CFD 更快速的流场预测方法具有重要意义。采用本征正交分解（POD）方法对样本流场进行模态分解,提取流场的主导模态;而后采用径向基函数神经网络（RBFN）响应POD 基函数的系数,实现流场降阶预测模型的构建,并在模型中采用基于函数响应偏差的自适应抽样方法;通过某串列叶栅非定常流场数据对预测模型进行验证。结果表明：本文构建的POD-RBFN 混合模型可以快速准确地预测出串列叶栅的流场参数分布;与静态采样相比,本文采用的自适应采样方法在采样效率上表现出明显优势,同样重构精度所需的样本数降低了25% 左右。     

模拟重现技术在飞机故障诊断中的应用

本文以A320飞机的客舱余压警告灯空中闪亮故障为例,介绍了一种民用飞机故障诊断中,在熟悉系统工作原理及电路图的基础上,采取人工设置条件,地面模拟重现飞机在空中、电路短/断路、起落架收起等特殊条件下发生的故障,从而帮助维修人员在非特殊情况下快速准确判断故障根源的好方法。     

CFD法中的动态失速模拟

本文介绍了CFD动态失速模拟所需要捕捉的关键物理,CFD法一般情况和较先进的CFD法,最后重点介绍了CFD法动态失速模拟的当前水平.总的来说在动态失速预测方面,CFD法优于综合法,CFD/CSD耦合结果与试验结果之间的吻合度还是可以接受的.俯仰力矩曲线的相位、大小和形状与试验数据吻合得较好,耦合解与试验数据之间的主要偏差在于法向力预测上.     

基于Khokhlov-Zabolotskaya-Kuznetsov方程的声爆频域预测法

建立了一种快速预测声爆传播特性的频域方法,基于传统Khokhlov-Zabolotskaya-Kuznetsov(KZK)方程,描述声爆沿激波波阵面法线方向的传播.为了验证模型正确性,以NASA TD N-161中试件C为对象,首先基于不同网格,利用计算流体动力学(CFD)方法得到超声速流场;将CFD结果作傅里叶变换后代入模型方程,快速求解声爆传播特性.预测结果与NASA实验结果符合很好,研究表明:预测方法能够捕捉声爆的非线性传播,声衍射项使得声场在远场趋于轴对称分布,远距离传播后声能量集中于低频分量.      

基于蒙特卡罗模拟的导弹分离边界计算方法研究

机/弹分离轨迹受到诸如弹射力、分离高度、分离速度等因素的影响,如果要同时考虑这些因素的影响,无论是对CTS实验还是CFD计算都是一个庞大的任务,但这些因素又不得不考虑,否则难以确定导弹的分离边界。这些对分离轨迹产生影响的干扰量,在本文中采用蒙特卡罗方法进行模拟。本文首先用类似网格测力的方法建立气动力数据库,然后采用刚体六自由度运动方程进行轨迹计算,考虑各因素的干扰量,最终获得分离边界。     

基于Elman神经网络的战斗机空战轨迹预测

轨迹预测是空战态势感知中的关键问题。针对传统轨迹预测方法模型简化程度大、预测精度偏低的问题,提出了基于Elman神经网络的战斗机空战轨迹预测方法。首先,以一对一空战为背景,建立了基于Elman神经网络的目标机空战轨迹预测模型;其次,在利用空战训练测量仪(ACMI)中记录的空战数据基础上,选取了一对一空战轨迹,并构建了训练样本和测试样本;然后,通过仿真分析了不同算法进行轨迹预测的精度。结果表明,与传统粒子滤波算法相比,Elman网络模型预测误差更小、预测效果更好,可以更加准确地进行目标机空战轨迹的预测。     

无人机防相撞空中威胁态势的探测与告警研究

空中威胁态势探测与告警是无人机飞行防相撞预警的关键。为此,提出一种基于航迹预测的无人机防相撞空中威胁态势探测与告警方法。在该方法中,先采用滑动窗多项式拟合法对入侵机航迹进行动态预测,然后,在航迹预测基础上,利用无人机与入侵机飞行信息,建立针对入侵机的无人机动态避撞区,最后,结合静态保护区原理,对特定飞行场景下的无人机飞行冲突趋势、空中危险接近趋势和飞行碰撞趋势的探测与告警。仿真实例验证了所提出方法的有效性,也验证了其用于无人机飞行防相撞预警的可行性。     

耦合POD重构舰面流场的直升机舰面起降数值模拟

为解决舰面非定常流场数据量过大的问题,采用本征正交分解(POD)方法对舰面流场进行重构,发展了一种耦合POD重构流场的直升机舰面起降数值模拟方法。首先采用计算流体力学(CFD)方法计算舰面非定常流场,获得离散数据样本;然后提取流场的POD模态,并截取能够捕捉到原流场主要特征的少量模态对原流场进行重构;最后建立耦合重构舰面流场的直升机高阶飞行动力学模型。以直升机返航进场为例进行数值模拟,并将计算得到的操纵量和飞行状态与飞行试验结果进行对比。结果表明:使用POD方法重构后的舰面流场数据约为原始样本数据的8.5%,且重构流场与原始流场吻合良好,POD方法能够解决舰面非定常流场数据量过大的问题。与飞行试验数据的对比表明,本文方法捕捉到了舰面非定常流场对直升机的影响,可用于直升机舰面起降研究。     

实用计算机流体力学在外挂物分离方面的应用—状态报告

文章叙述了实用计算流体力学在外挂物分离方面的应用。内容包括：1．评估轨迹所使用的计算流体力学和轨迹综合方法；2．生成计算网格的方法和所需资源；3．评估挂架载荷和在计算的轨迹上的外挂物的位置和姿态、以及离机距离与时间的关系；4．评估计算流体动力学过程所使用的参数，包括收敛速率、人工－小时和网格生成所需时间、所使用的计算机资源和对复制结果所需的人员技能。