PID控制器与CFD的耦合模拟技术研究及应用

飞行控制系统（FCS）与计算流体力学（CFD）的耦合求解是一个崭新的研究领域。传统的飞行控制系统的工程仿真方法依靠气动力模型或气动力数据库得到不同飞行姿态的气动力;而当前方法通过耦合求解Navier-Stokes方程和刚体动力学方程（RBD）以获取飞行器运动过程实时流场和非定常气动力。由于充分反映了气动力的非定常、非线性效应,因而从根本上保证了飞行控制系统仿真的精度。以方形截面导弹俯仰姿态控制为例,首先给出了系统的传递函数,并基于系统在单位阶跃舵偏操纵下的开环响应特性,提出了传递函数的修正方法,进而设计了该外形俯仰姿态控制的PID控制器。数值模拟了不同控制参数时,P控制器、PD控制器和PID控制器的控制效果。针对不同的控制指令,根据建立的控制律,数值模拟了飞行器在PID控制器作用下的实时响应过程,最终成功实现了对飞行器的俯仰姿态控制。研究发现,当飞行器作慢速机动时,工程仿真与CFD数值计算的结果吻合很好,两种方法可以互相验证;但快速机动时,两种方法给出的结果差异明显,基于CFD的耦合模拟方法由于模拟了飞行器运动和舵面偏转导致的非定常流动过程,其结果比基于静态气动力的工程方法的可靠性更高。在大攻角和快速机动等非定常效应较强时,采用CFD方法评估和验证飞行控制系统是很有必要的。     

超声速湍流流场的RANS/LES混合计算方法研究

采用对接/拼接网格技术,建立了基于分区混合和基于湍流尺度混合的双重RANS/LES混合计算模型,并对环翼低速绕流、翼型跨声速绕流和球锥带凹窗外形二维超声速绕流进行了初步的数值模拟.环翼和翼型绕流计算表明,该混合模型可给出较合理的湍流宏观平均量;球锥带凹窗外形二维超声速绕流计算表明,该混合模型可得到超声速瞬态湍流脉动流场,凹窗处存在复杂的旋涡结构和波系结构,呈现较大尺度的脉动.但该模型还需要进一步的考核验证.     

一种槽道式处理机匣设计及实验验证

对实壁机匣的实验转子进行了定常雷诺平均N-S方程(RANS)模拟,考察了实验转子叶尖端区流动状况,并基于转子叶尖端区在设计状态和近失速状态下的若干主要流动特征设计了一个带气室的轴向斜槽式处理机匣.在高速压气机试验台上对处理机匣的性能测量结果表明,设计的处理机匣有很好的扩稳效果,效率损失也可接受.这说明通过对实壁机匣的转子其流动结构的分析和把握、进而完成处理机匣的设计在一定程度上有可行性.      

卫星动量轮轴承组件的仿真可信度评估

研究了某一卫星的动量轮轴承组件仿真的可信度评估,基于仿真系统与物理试验系统的相似度与仿真可信度之间的关系,采用计算仿真与物理试验输出的相似度评估仿真可信度.确定了动量轮轴承组件仿真与试验输出的相似元,构建了量化其相似系数的函数.对于基于三角模糊数的层次分析法确定各要素影响权重的计算进行了改进.最后应用该方法对某一卫星动量轮轴承组件实例的可信度进行了度量.      

Y-TECHTM钻头——解决钻削难题的法宝

为解决双相不锈钢、钛合金和高温合金及其他难以加工的工件材料的钻削难题,Kennametal设计了一种创新解决方案——Y-TECH钻。它具有3个刃带和不对称间距的排屑槽,外形格外引人注目,这种钻头采用KC7315材质制成。YPL(Y-TECH钻尖轻型倒圆)钻尖可防止切屑堵塞,提高钻头定心功能,     

基于控制理论的压气机叶型数值优化方法

将基于控制理论的气动优化方法应用于轴流压气机叶型设计.以Euler方程作为流动控制方程,具体推导得出了其相应的伴随方程,分析了边界条件,并给出求解方法.以给定压力分布作为目标函数,将参数化叶型作为设计变量,在求得目标函数对设计变量的梯度信息后,结合BFGS优化算法得到优化方向,更新设计变量完成叶型的优化设计.通过三个算例验证了该叶型优化设计方法的有效性.      

风洞分流锥及孔板整流的数值模拟研究

采用数值模拟技术研究了2m×2m超声速风洞设计引导试验大开角扩散段配置一个中心倒锥和两层球冠状孔板的内流场,中心倒锥和两层球状孔板的不同组合共有五套。孔板有几百至上千个开孔,是模拟的难点,发展了一种孔板流动CFD边界条件模型。另一个难点在于风洞管道内流入口和出口边界条件的准确处理。计算表明,分流锥可将流动有效抑制在大开角洞壁附近,防止洞壁附近的扩张分离,但在分流锥底部将产生大尺度的分离涡环结构,经过孔板的整流后,总压有较大损失,但流线趋于平直,可达到预期效果。     

新型畸变流场模拟装置

阐明了发动机进口畸变流场模拟方面技术革新的重要性与迫切性，提出一种新型畸变流场模拟装置，给出了它的设计思想、原理结构、工作特点，试验结果。     

氧化物陶瓷基复合材料研究进展

从基体和纤维的选择、制备工艺等几方面综述了国内外氧化物陶瓷基复合材料的研究现状，着重阐述了溶胶-凝胶法、化学气相渗透法、反应熔体浸渗法、先驱体浸渗热解法、电泳沉积法、浆料浸渗热压和浆料浸渗结合氧化物先驱体浸渗热解法等氧化物基复合材料制备工艺原理及其优缺点。并提出了发展氧化物陶瓷基复合材料应解决的关键问题。