计算机模拟技术在航空发动机设计中的应用

通过对过去30多年来航空燃气涡轮发动机性能计算机模拟技术研究的回顾,总结了发动机性能模拟技术的研究方法,分析了发动机模拟技术的现状,提出了发动机计算机模拟技术的三个层次概念,并对目前国内现有技术进行了总结,提出以发动机仿真为目标的发动机性能仿真应是未来发展的方向;还以基于第二层次数学模型的某计算机模拟软件为手段,通过对某型涡扇发动机设计参数的分析和发动机使用过程中各种影响因素的预测分析等．阐述了基于计算机模拟技术的航空燃气涡轮发动机设计技术,分析了计算机模拟技术在发动机设计中的应用。     

特殊航路点经纬度坐标的计算

给出了计划航路时可能会用到的计算特殊航路点（诸如航路与航路或与管制区边界的交叉点）的经纬度坐标的公式，并针对各种情况做了计算验证。     

点蚀损伤7075-T6铝合金弹性性能计算模型的理论与实验研究

 点蚀坑是高强度铝合金材料中广泛存在的一种腐蚀形式,这种点蚀损伤会导致材料性能的下降,严重地威胁着结构的承载能力。根据点蚀损伤的特点,在细观力学的理论基础上,建立了点蚀损伤材料弹性性能计算的孔隙率模型。使用7075-T6铝合金,在连续酸性盐雾环境下进行预腐蚀。根据预腐蚀件的拉伸实验结果,对模型的正确性进行验证。模型计算与实验结果的对比证明了本文方法的可行性与正确性。     

星际小推力转移轨道快速设计方法

 针对星际探测任务中燃料最省小推力转移轨道问题,提出一种基于标称轨道的快速设计方法。首先以具有相同端点时刻的无摄动标称轨道为参考,对传统的非线性轨道优化模型进行合理变换,将复杂的优化问题简化为可解的两点边值问题;然后基于标称轨道3个独立积分推导出解析的状态转移矩阵,并以此为基础导出了两点边值问题的最优解析解。该方法无需数值迭代,有效地克服了数值优化方法收敛性差、计算效率低的缺点。最后,以探测火星的小推力转移轨道为例对该方法进行了验证,与精确的数值结果相比,该方法计算的燃料消耗误差小于1%。     

基于单数码相机自由拍摄的空间点定位

 提出并实现了一种空间点定位方法。该方法仅用一台数码相机围绕目标进行多角度自由拍摄获得多帧图像,采用一套具有身份唯一性的标记点实现多图像间点的稳定匹配;在此基础上根据多视图几何约束,精确计算各次拍摄时的相机姿态和位置;进而求解目标点的三维位置信息,并对结果进行优化。实验表明空间点定位的相对误差优于0.03%。该方法所用设备十分简单,操作方式非常灵活,适用于大型物体多视角测量的拼合、某些情况下的装配检查等,也可直接用于较规则构型物体的三维数据获取与CAD模型重建。     

基于变分迭代的航天器相对姿轨耦合动力学解算方法

针对航天器相对姿轨耦合一体化运动,在定义坐标系下利用对偶四元数和旋量表示航天器的一般运动,推导出航天器六自由度运动学和动力学模型,并分别采用Runge-Kutta四阶算法和变分迭代法的配点形式求解该非线性模型。变分迭代法的配点形式是变分迭代法与配点法的复合,先给出变分迭代法的迭代方程,再把迭代方程应用到局部时间区间上探讨了局部变分迭代法,然后把变分迭代法与配点法结合得到数值迭代方程。利用对偶四元数所建立的模型相对于其他模型较为简洁,便于分析姿轨耦合特性。仿真结果表明,相比Runge-Kutta四阶算法,变分迭代法的解算精度更高。     

无源探测接收系统设计中的非线性分析

在多频探测环境下,无源探测接收系统的输出端将产生由于互调和交调而导致的虚假干扰。文中首先给出了两种实际工程上可行的测试方法;并探讨了非线性失真产生的机理及其对整个接收系统所产生的影响,对三阶互调、三阶截点和1 dB压缩点三个衡量接收机线性度的指标作了全面分析;最后研究了系统的三阶截点与各模块的三阶截点、增益以及接收机各级的选择性等指标间的关系。     

自动微分技术及其在轨迹优化中的应用

研究了自动微分技术在直接配点法中的应用,将其与内点非线性规划算法相结合,用于求解配点法转化得到的非线性规划问题。采用前向自动微分模式,利用ADOL-C实现了基于算子重载的自动微分计算;为验证算法的性能,以经典的航天飞机再入轨迹优化问题为例,针对三种直接配点格式,比较了自动微分法和有限差分法用于微分计算的性能。研究结果表明,自动微分可以提高微分信息计算的精度和效率,进而提高非线性规划算法的稳定性和收敛速度。     

S弯进气道优化设计及分析

为改进隐身飞行器推进系统的气动性能,针对S弯进气道开展了设计和分析。基于数值模拟方法、代理模型和遗传算法构建了一套自动优化方法。在优化设计过程中,结合参数化建模、网格自动生成和改进(SST)湍流模型求解,应用优化方法对飞行器进行了多目标设计,得到了进气道的优化推荐构型。应用尺度自适应模拟(SAS)方法对优化进气道气动性能进行了全面和细致的分析。研究结果表明:SAS方法可以较好地模拟S弯进气道的流动,优化设计能够极大地改进S弯进气道的气动性能;相比原始设计,优化进气道设计点的总压畸变指数降低了16.3%,总压恢复系数提高了1.1%。     

一种工程实用的跨音速翼型多点优化设计方法

将N-S方程流场分析程序和SQP（序列二次规划）结合起来，发展了一种工程实用的跨音速翼型优化设计方法，用以提高翼型在多个设计点、多种约束条件下的气动性能。由N-S方程计算得到的升力、阻力等气动参数构成目标函数，用数值优化程序对其进行最优化。超临界翼型的设计实例表明，该方法设计质量高，所需机时少，易于实施，有较大的工程应用价值。