升力体式浮升混合飞艇多学科设计优化

升力体式混合飞艇是全球远距离大载重运输的重要选择,随着全球贸易的发展,逐渐成为国内外的研究热点。作为航空宇航技术、新能源技术和高性能材料技术相结合的新概念飞行器,混合飞艇设计过程需对多个学科进行综合考虑和优化。为了将多学科设计优化（MDO）方法引入到混合飞艇的总体设计中,将其分解为能源子系统、气动和推进子系统以及结构和重量子系统。在子系统模型构建的基础上,提出具有自适应能力的基于响应面的并行子空间优化（CSSO-RS）算法,将重量平衡和能量平衡作为实现远距离载重运输的约束条件,并提出爬升、日间巡航、滑翔和夜间巡航的多阶段任务剖面,以充分利用太阳能电池、燃料电池和锂电池的优势,实现混合飞艇的最优化设计。优化结果表明:具有自适应能力的优化算法在精确度和计算效率上均有明显的优势,同时重量分配的结果也为混合飞艇结构轻量化设计和能源系统设计提出了更高的要求。      

表面介质阻挡放电对扩散火焰燃烧特性的影响

针对表面介质阻挡放电（SDBD）在激发等离子体时具有显著的气动效应和化学活化效应,为分析表面介质阻挡放电对空气/甲烷同轴剪切扩散燃烧的助燃效果,实验使用高频交流电源,基于等离子体诱导射流逆向激励对火焰施加控制。根据获取的射流流场纹影图像、火焰图像和CH*自发辐射,研究了等离子体对不同燃烧条件下火焰燃烧特性的影响。结果表明:受等离子体气动激励作用,火焰上游细长剪切层的空气/甲烷掺混得到增强,从而扩大了剪切层燃烧宽度,同时燃烧释热速率会明显提高,这主要与等离子体活化效应有关,并且该效应显著增强了位于喷嘴出口火焰基的燃烧强度。在空气流量较低时,等离子体气动激励可有效增大火焰下游湍流度和射流角,使火焰高度降低、宽度增大,且作用效果随放电电压提高逐渐增强。      

倾转旋翼机巡航状态旋翼滑流影响

倾转旋翼机由于需要兼顾垂直起降和高速平飞2种典型工况下的动力需求,采用大直径旋翼作为推进装置会使机翼大部分处于旋翼滑流区内,这与常规螺旋桨飞机存在较大差异。为评估不同数值计算方法并研究旋翼滑流对倾转旋翼机气动特性的影响,针对选取两叶旋翼的某倾转旋翼机方案,利用激励盘模型、多参考系（MRF）模型、滑移网格模型分别进行了巡航状态下旋翼滑流对全机气动特性影响的数值模拟研究。结果表明:相对于无滑流状态,滑流定常影响使全机阻力增大,最大升阻比降低了7.5%,尾翼产生的升力增大,纵向静稳定度增加了17.1%,全机低头力矩增大;当迎角较小时,滑流虽然改变了机翼表面的升力分布,但是全机升力变化不大;滑流非定常影响会使全机气动特性产生周期性波动,升力系数波动幅度为9.0%,阻力系数波动幅度为10.8%,并且随着迎角的增大,波动幅度也越大。      

考虑外包的货运航空公司货流分配问题

针对货运航空公司大量、纷繁交错的航空货运需求,制定合理的路径规划和配流方案可以降低运输成本、提高运输效率。考虑货机运输和外包运输2种运输方式,建立了运力配置和货流分配一体化的混合整数规划模型。以中国国际货运航空有限公司为例进行算例求解,根据不同运输距离对货流进行预分配,根据OD对机场所在集合预先规定货流可以中转的机场,不仅缩小了搜索空间,比两者均不处理时节省了85.12%的计算时间,而且中转货流运输路径总长度和中转货流周转量与不处理相比也分别降低了17.19%和28.99%,减少了大量绕路。得到的结果与不考虑外包的模型相比节省了4.87%的成本。引入外包价格系数进行灵敏度分析,随着外包价格系数从1.2到0.8不断减小,货运航空公司通过外包运输的货物量增加,同时小型货机执飞的航段不断减少,而大型货机执飞的航段没有变化。对不同运输方式的单位运输成本随运输量变化的曲线进行分析,当货运航空公司在面临新增局部货运需求时,可以不改变全局方案,而根据曲线及剩余运力情况做出较优的决策。      

翼尖铰接复合飞行器动力学特性研究

航空飞行器通过翼尖铰接机构复合飞行时的气动耦合效应,会造成飞机产生不同于其单独飞行时的动力学特性,出现复合飞行安全问题。为研究翼尖铰接复合飞行器的动力学特性,使用Newton-Euler方法和Robberson-Wittenburg方法建立了双机组成的翼尖铰接复合飞行器多刚体系统整体和内部的7自由度非线性动力学和运动学方程组。在气动准定常假设下建立双机复合系统非耦合气动力表达式,基于CFD方法开展复合飞行器系统的三维实体建模和非结构网格划分工作,获取复合飞行器系统的气动力数据。搭建动力学仿真平台,开展准配平方案和全配平方案下的动力学仿真。仿真结果表明:准配平方案下飞行器无法持续稳定飞行,而全配平方案下复合飞行器系统各运动参数在仿真时间内始终趋于稳定。在全配平方案下,使用小扰动假设的非解耦线性化方法重新整理7自由度动力学方程组,研究复合飞行器系统运动模态的特征值中出现的2个发散新模态,根据对应的特征向量发现2个发散模态分别由相对滚转角度和角速度主导,同时也比较分析了其他运动模态相比单机飞行时的特性变化规律。      

类X-37B升力体再入飞行通信特性中断研究

针对再入非平衡等离子流场的数值仿真方法及等离子体鞘套对不同波段电磁波传输特性的预测开展研究。首先,利用某工程钝头体飞行器再入实测通信飞行测量数据,初步校验数值仿真等离子体特性和通信特性方法的正确性;其次,在典型弹道下针对升力体再入飞行器开展等离子体鞘套数值仿真,分别给出S波段、Ka波段与K波段电磁波衰减特性,研究指出结合当前国内中继星体制情况采用高频段电磁波Ka波段或K波段中继通信方式是解决通信黑障的技术途径之一;最后,研究了电磁波数衰减受传播方向角和攻角的影响规律。研究结果可为发展解决我国再入飞行器通信黑障的设计方案提供参考。     

基于E脉冲波形综合技术的雷达目标识别方法研究

文章介绍了一种基于波形综合的雷达目标识别技术。通过对雷达目标的瞬态电磁仿真数据,准确提取极点目标,形成完整的E脉冲目标识别理论体系。最后给出了隐身飞机目标(F22、F35)电磁仿真和目标识别率的计算实例。     

由混合特征对构造对称三对角矩阵

文章考虑一类由混合特征对构造对称三对角矩阵,文中给出了解的存在性和唯一性的充分必要条件,并且给出相应的算法和数值算例。     

混合系统的形式化验证

结合混合系统的研究对余度管理系统进行了形式化的分析和验证.采用的手段是时段演算技术及其扩展.首先进行形式化的需求分析,需求及其假设用时段演算表示,其次严格化地描述算法和参数的选取.在验证过程中,首先应用程序逻辑验证算法,算法的不变量以时段演算表示,最后在时段演算中验证整个系统的行为满足给定的需求.      

基于LMI的混合系统的稳定性和鲁棒镇定研究

混合系统的稳定性分析,乃至镇定方法是混合系统研究的重要内容。线性多模态切换系统是一类重要的混合系统。针对线性多模态系统提出了一种基于线性矩阵不等式技术进行稳定性分析和鲁棒镇定的方法,通过求解一组线性不等式得出稳定性的判定条件,设计出的一组状态反馈控制律对系统的模态切换乃至有界模型不确定有鲁棒性。推导了控制律设计所对应的线性矩阵不等式组,并证明了其中的一致性关系,探讨了求解方法,应用实施也显示出该方