飞翼气动优化中参数化和网格变形技术

几何参数化和网格变形是飞行器气动外形数值优化迭代过程中的两个关键技术。基于非均匀有理B样条(NURBS)的自由型面变形(NFFD)技术对几何表示形式具有普适性,距离权函数(DWF)网格变形技术具有计算快速和网格拓扑无关性,两者广泛应用于曲面优化。基于NFFD技术改进了反求参数的Newton迭代算法,并通过提高物面附近网格刚度改进的距离权函数(IDWF)技术使其适用于更大程度的网格变形。还提出了改进后的参数化和网格变形两种技术并行计算的具体实现算法。结合离散伴随方法,使用参数化和网格变形技术,实现了由NACA0012初始翼型到飞翼标准翼型EH1590的反设计;针对某飞翼标模完成了单点全机升阻比优化,升阻比提高约18%。数值结果表明,建立的NFFD和IDWF动网格技术可满足飞翼气动外形优化参数化和快速网格变形的需求。     

基于时间谱方法的飞行器动导数高效计算技术

针对动导数计算工程应用亟需的高效、高精度发展目标,提出求解非定常雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程的时间谱方法(TSM)的全隐格式,以改善采样点数较大时的数值稳定性,并将TSM离散推广到Menter剪切应力输运(SST)湍流模型,以提高TSM的工程实用性。将TSM应用于数值模拟NACA0015强迫振荡,所得计算结果与试验数据和双时间步(DTS)方法的计算结果均能较好地吻合,验证了TSM对周期运动的模拟能力。采用发展的TSM对高超声速HBS标模和超声速Finner标模进行计算,并分析研究攻角和马赫数对动导数的影响规律。结果表明:对于周期运动,具有与DTS方法相当的计算精度,但TSM的计算效率会随来流马赫数的增大而提高,其效率优势在高超声速范围时可达一个量级以上。     

全角模式半球谐振陀螺振型控制与角度检测

传统半球谐振陀螺采用力平衡工作模式,这种模式仅能直接检测实时转速,且动态范围较小,限制了半球谐振陀螺在具有大动态机动特点的应用场景中的使用。相比之下,全角模式半球谐振陀螺通过滞后角与陀螺转动角度之间的比例关系进行角度检测,相比力平衡模式,具有直接角度检测的功能和更大的动态范围。对全角模式半球谐振陀螺进行了研究,介绍了全角模式半球谐振陀螺的控制与信号处理的方法,以及全角模式半球谐振陀螺系统的实现。该系统通过基于相干解调的信号处理算法,实现了谐振振幅参数的解算,通过PI控制器、正交分解及乘法调制实现了跟踪谐振振型进动控制作用,通过谐振振型进动角度解算器直接解算了陀螺的转动角度。通过数字仿真与实物实验结果可知,所介绍的全角模式半球谐振陀螺系统能够实现不依赖于积分运算的角度检测功能,且较之于力平衡模式,其半球谐振陀螺动态范围有了一定程度的提高。     

突加不平衡激励碰摩转子反向涡动分析

建立了考虑叶片-机匣碰摩、挤压油膜阻尼的模型,推导了转子发生失稳的判别条件。从复非线性模态角度分析了突加不平衡激励下转子的动力特性,揭示转子反向涡动响应的形成过程及存在条件。通过参数分析获得转子发生反向涡动的敏感参数及其影响规律,并根据突加不平衡激励下转子反向涡动的响应特征分析某航空发动机叶片飞失故障。计算结果表明：转子能够发生反向涡动需要满足两个条件,其一,转子本身存在反进动模态失稳区;其二,冲击载荷使叶盘幅值达到反进动模态阻尼失稳点并进入反进动模态失稳区。实际航空发动机转子中具有因突加不平衡而发生反向涡动的风险,会造成支承结构破坏,严重威胁航空发动机的安全。增加转子阻尼、降低叶尖-机匣摩擦因数、降低静子叶片刚度、采用挤压油膜阻尼结构均有利于降低该风险。     

基于响应传递比的转子叶片动应变重构

提出基于响应传递比的转子叶片动应变重构方法,从系统应变频响特性出发,在频域获得应变-应变响应传递比关于模态振型的解析表达式,建立叶片已知测点应变与不可测位置应变的映射关系;开展高速旋转叶片动应变测量实验,建立叶片有限元模型,并采用转子叶片前4阶固有频率的实验结果修正有限元模型;开展考虑转速影响的转子叶片模态分析,提取对应的应变模态振型,计算得到单模态振动下应变-应变响应传递比;综合应变响应传递比和实测动应变重构叶片不可测位置的动应变。实验结果表明:与应变片实测结果相比,基于响应传递比的转子叶片动应变重构结果相对误差小于10%。      

高阶精度有限差分方法几何守恒律研究进展

针对高阶精度有限差分格式的几何守恒律问题,系统梳理了国内外离散几何守恒律问题方面的研究工作,以有限差分格式离散后的自由流保持问题为切入点,综述了近年来课题组在有限差分离散几何守恒律方面的研究工作,包括守恒网格导数算法(CMM)、对称守恒网格导数算法(SCMM)等,并通过若干典型算例验证了几何守恒律的满足对高阶精度有限差...     

一种弱重力环境下的高速旋转载体滚动角快速对准方法

为解决高速旋转载体无控飞行段弱重力环境下惯导空中动基座对准问题，研究了基于旋转载体惯性信息特征的滚动角快速对准方法。首先分析了旋转载体的惯性信息特征。针对这一特征，提出了一种基于载波相位跟踪的滚动角对准方法，仅利用Y轴陀螺或Z轴陀螺信息即可实现滚动角的快速对准。为进一步提高该方法的适应性，充分利用Y轴陀螺或Z轴陀螺的信息，提出了一种基于双信源信息融合的惯导滚动角对准方法，以实现最优的滚动角跟踪结果。仿真与试验结果表明，该方法可在不依赖卫星、无初始姿态角且载体失重的条件下，5s内完成滚动角快速对准，且对准精度优于3°。该方法可自适应地剔除异常滚动角跟踪结果，有效提高了高速旋转载体用惯性导航系统对复杂力学环境的适应性与可靠性。     

任意两个动坐标系中张量的运动描述间的关系

提出了用矢阵表示的张量对时间的相对导数的概念.研究表明,通过借助于矢阵概念,在涉及多个坐标系时,张量的相对导数得到了更加清晰和严格地描述.由此,并借助于反对称张量,给出了张量的一阶绝对导数和相对导数之间的关系式,并又进一步给出了张量的二阶绝对导数和相对导数之间的关系.结果表明,当运动需要分别在两个转动坐标系中进行描述时,由于张量的特殊性,其"速度"(广义的)合成和"加速度"(广义的)合成既类似于矢量的速度合成和加速度合成又有着本质的差别,为此还提出了关于张量的"速度"和"加速度"合成定理,特别是又进一步将它们推广到任意两个转动坐标系的情形.     

一种新型机载一体化电液作动器的设计与分析

针对近年来飞机机载作动系统的发展,设计了一种用于功率电传的新型一体化电动静液压作动器(EHA) ,分析其原理和特点,讨论各部件和系统的建模方法,采用Matlab/Simulink对其进行仿真,结果表明所设计的EHA具有良好的动态性能和带负载能力,达到了良好的性能指标,可作为未来飞机机载电作动系统的方案之一,对功率电传电液作动系统的研制具有实际指导意义.