CFD数学模型的线性化方法及其应用

计算流体力学(CFD)方法不仅仅起到数值模拟的作用,它本身是一个复杂的非线性系统。在流动稳定性分析、气动弹性分析、优化设计以及流动控制等领域,从系统的角度出发,对CFD数学模型线性化后,可以对模型的系统矩阵进行定量分析获得更多的系统特性。但是CFD数学模型往往非常复杂且阶数很高,因此其线性化系统矩阵的获得比较困难。鉴于此,采用人工编程和自动微分相结合,构造有限体积法并行CFD模型的线性化系统矩阵。其中自动微分只被用来得到每个界面通量的局部雅可比矩阵,而采用人工编程方法来实现并行环境下的稀疏雅可比矩阵的组装。线性化系统的并行求解采用了块雅可比预处理的广义最小残量法,每个并行进程内部则采用零填充不完全LU分解预处理。为了验证这种线性化方法,上述方法被用于:① NACA 0012翼型的非定常绕流线性系统构造与求解;② NACA 0012翼型稳态流动的伴随方程构造与求解;③ AGARD wing 445.6机翼颤振问题降阶建模。上述三个算例的结果与CFD模拟的吻合一致。     

液路浮动断接器安装精度及优化控制方法

文章对浮动断接器安装精度体系进行了研究, 分析了系统各安装环节的误差源及影响, 并建立了单项误差模型, 采用多环节极限误差累积的方法分析了最大误差传递链路;并在此基础上提出了在对接机构坐标系下直接控制液路浮动断接器安装精度的优化控制方法;可依据此方法确定对液路浮动断接器浮动能力的要求。最后通过液路浮动断接器实际安装和地面插合/分离试验, 验证了浮动能力指标确定方法与精度控制措施的正确性。     

基于动态逆分数阶PIλDμ的高速飞行器控制器设计

为提高高速再入飞行器的控制品质,开展了基于非线性动态逆解耦技术及分数阶PI^λD^μ(FOPID)的控制技术研究。首先,在时标分离的基础上,建立了飞行器高速无动力再入模型。在此基础上,设计了动态逆分数阶PI^λD^μ控制器进行了三通道解耦控制。仿真结果表明,相对于传统PID控制器,动态逆分数阶PI^λD^μ控制器具有超调量小、响应快、稳态误差小等优点,以及良好的控制品质和鲁棒性,有利于高速飞行器的稳定控制。     

时变微弱扩频信号检测

提出了一种解决微弱高动态扩频信号捕获的新方法,利用分数阶域滤波设计了伪码—时频联合匹配滤波的框架,最后进行了相关计算并给出了应用实例。     

空间对称型二次反射太阳能聚集系统能量传输特性

聚光光伏系统的聚光比和聚集太阳能流密度分布的均匀性是评价其性能的重要指标,基于几何光学原理,建立了对称型二次反射聚集系统的数学物理模型,理论分析了偏轴聚集器倾角、二次斜面倾角等聚光系统的结构参数对能流密度均匀性和聚光比的影响,提出了优势参数组合;并采用射线踪迹蒙特卡罗法(MCRTM)对太阳光的聚集传输过程进行模拟,分析了接收面的能流密度分布特性。结果表明,对称型二次反射聚集系统在偏轴抛物面倾角、二次斜面倾角以及接收面高度参数的适当组合之下,聚光比适中,能流分布均匀,适宜用于空间聚光光伏发电。     

基于分数阶Maxwell模型的振荡流传热特性分析

经求解基于分数阶Maxwell模型的粘弹性流体在周期性振荡压力梯度下,圆直管内的运动方程和能量方程,得到了振荡管流换热的速度分布、温度分布以及热扩散系数的解析解形式.通过对无量纲热扩散系数的分析可知,影响粘弹性流体管内振荡流轴向换热的无量纲参数有:Womersley数Wo、Deborah数De、无量纲振幅Δx/R和流体普朗特数Pr.分数阶Maxwell模型振荡流传热也存在粘弹性流体流动中存在的共振现象,且共振峰的数量随De数的减小而增加,发生共振的起始频率随De数的减小而降低.共振峰值出现的位置即频率值与Pr和无量纲振幅Δx/R无关.     

正负阶次多项式拟合在电容式叶尖间隙测量系统中的应用

给出了扩展多阶多项式拟合公式及等效阶次和评定误差的算法,并利用Matlab编制了相应的拟合函数和计算函数.以此为工具,针对同一典型真实标定曲线,研究了5组28种拟合公式的拟合情况.研究表明,选用合适的正负阶次多项式拟合,可在减少计算复杂度的同时,降低拟合误差,增强拟合效果.在叶尖间隙标定精度小于0.01 mm、电压采集误差小于2.5 mV的情况下,±3阶多项式拟合为该系统标定曲线的最佳拟合方式.     

Chirp脉冲的分数阶傅里叶域测距

为了扩展利用Chirp脉冲测距的灵活性和适用性,基于分数阶傅里叶变换特点,提出了一种运算量更小且更具扩展性的Chirp脉冲测距新方法,并导出了其离散距离估计子的解析表达式。分析了该距离估计子的离散精度和多目标分辨力,考察了多普勒频移所引起的测距误差,并对比了本文方法与脉冲压缩方法的主要性能参数。研究结果表明:本文方法在大时宽带宽积条件下具有与脉冲压缩方法相比拟的性能,且运算量约减少一半。最后,仿真验证了理论推导的正确性。     

由三个向量对构造三对角对称矩阵

文章讨论利用给定的三个向量对构造不可约三对角矩阵、Jacobi矩阵和负Jacobi矩阵的反问题.在求解方法中,将已知的-些关系式等价地转化为线性方程组,利用线性方程组有解的条件,得到了所研究问题有惟一解的充要条件,并给出了数值算法和例子.     

最优控制在变质心再入飞行器滚动稳定中的应用

对带有差动副翼的变质心机动再入飞行器滚动稳定控制进行了研究。活动质量体在跟踪指令的过程中会对滚动通道产生干扰作用;同时飞行器本身结构的不对称会产生气动烧蚀,对滚动通道也会产生干扰作用。为了抑制这两干扰因素对滚动通道的影响,同时满足滚动稳定快速性要求,采用Bang-Bang控制理论设计鲁棒性强的副翼偏角控制律,双积分系统的时间性能指标用来确定滑模面,同时提出构造双切换函数以及在原点领域内切换为连续稳定的最优控制律来解决开关振颤问题。通过非线性六自由度仿真,结果表明所设计的控制律能有效地抑制内部和外部的干扰作用,即使在干扰作用变化大的情况下仍能使系统具有较强的鲁棒性。