运载火箭飞行振动信号盲源分离方法

针对振动信号在火箭复杂结构传播过程中产生强卷积效应导致振动源信号提取精度低的难题,研究了一种基于卷积盲源分离的火箭振动信号自适应提取方法。该方法基于振动源之间的独立性,建立了四阶统计量的目标函数,并采用随机梯度法实现了参数的自适应更新,优化建立火箭复杂结构系统的逆滤波器结构,进而得到原始的振动源信号。通过对某运载火箭发动机的高频振动数据进行分析,结果表明：相较于线性自适应盲源分离方法和非线性自适应盲源分离方法,卷积自适应盲源分离由于考虑了实际中的卷积效应和欠定情况,分离结果中能够明显找到与涡轮转动和燃烧对应的频率以及一些宽频激励,验证了提出方法的有效性。     

局域均值分解中PF获取方法的改进

航空发动机故障振动信号为典型的多分量信号,局域均值分解方法可以对其分离。在研究了经典的局域均值分解方法后,发现相邻的两个乘积函数(Production Function,PF)中存在模态混淆现象,表现为较高频PF中包含较低频PF的频率成分。针对这一问题,对PF的定义进行了改进,滤除了混淆在其中的低频信号,使信号分离更加充分。仿真信号的分析表明,改进后的算法分离效果优于原算法。试验信号的分析表明,方法可以用于航空发动机故障特征提取。     

基于冲突解脱的碰撞风险研究

自由飞行是解决航路拥挤问题的一种有效方式,因此在自由飞行环境下对飞行碰撞风险进行研究显得尤为重要。分析了在自由飞行空域中实施飞行冲突解脱策略后的转弯航路碰撞风险;考虑了所需通信、导航和监视性能以及飞行速度偏差,建立了基于冲突解脱的碰撞风险评估模型。通过算例分析了冲突解脱角度、水平间隔与飞行碰撞风险之间的关系,结果表明碰撞风险评估模型能很好地对自由飞行空域中实施冲突解脱后的碰撞风险进行评估,验证了模型的可行性。     

并行环境下外挂物动态分离过程的数值模拟

 并行工程的发展提出了计算流体力学的发展新概念,在此基础上研究开发了一个以非定常流计算为核心的多体分离数值仿真集成系统。该系统采用运动嵌套网格方法,能够处理飞行器在空间中的大尺度运动,结合六自由度运动学方程,具有实时仿真运动部件在气动力、弹射力和重力等耦合作用下运动的能力。基于外挂物投放数值模拟具有网格运动、非定常的特点,从网格重建、多重网格方法等方面探索了提高计算效率的途径和实现方法,结合并行化计算使分析周期大大缩短。以20个中央处理器(CPU)为例,并行计算和3层多重网格使计算速度提高约40倍,同时分布式存储、并发计算的特点缓解了对单节点的内存需求,解决了工程应用中受计算周期、网格规模等限制的难题。为了验证本文方法的正确性,对外挂物投放标模实验进行了数值仿真,计算得到的外挂物运动轨迹在0.5 s时间范围内与实验值基本吻合;对分离过程后半段出现的偏差,从气动力变化的时间历程上进行了说明,提出偏航力矩的误差和累积效应导致了预测出现偏离,对关键的分离初始阶段,该方法可以取得令人满意的效率和精度。     

基于高分辨距离间隔像的频率步进单脉冲雷达测角技术研究

 频率步进雷达合成高分辨距离像时对速度补偿的精度要求很高,而采用高分辨距离间隔像处理则可以大大降低这种要求。首先分析了高分辨距离间隔像成像的一些问题;然后阐述了基于高分辨距离间隔像的单脉冲雷达测角机理,并且提出了3 种过采样条件下的单脉冲雷达距离间隔像测角算法,进行了计算机仿真,结果表明距离间隔像交叉项选大测角方法性能优于其它两种方法。     

翼型低雷诺数层流分离泡数值研究

翼型在不可压和低雷诺数条件下工作时的性能越来越引起了人们的研究兴趣。本文采用Rogers发展的双时间步Roe格式,求解拟压缩性修正不可压N-S方程。数值模拟了低雷诺数条件下(Re=6.0×104,1.0×105,2.0×106),E387翼型在不同攻角条件下(α=0°、4°、7°)翼上表面后缘部分的层流分离现象,对应于长分离泡。时均化的结果同McGhee[12]的试验结果进行比较,验证了计算结果的正确性。研究了低雷诺数层流分离的非定常和时均化特性,并对漩涡脱落中主涡、二次涡以及出现的漩涡对并的周期性过程和对气动力脉动造成的影响进行了较为细致的研究。非定常计算结果表明,低雷诺数条件下的层流分离现象,是周期性的旋涡脱落过程。所谓长层流分离泡是其时均化积分的结果。     

中空纤维膜分离性能实验与预测

利用机载中空纤维膜分离性能测量台架,针对分离性能随引气压力、引气温度、飞行高度等因素的变化规律开展了实验研究;并采用所获得的实验数据作为训练及验证样本,应用人工神经网络预测技术分析了该型膜的性能.研究结果显示:①所建立的数学模型可实现对中空纤维膜分离性能的有效预测;②制氮体积分数与量纲一制氮量成反比,当要求制氮体积分数较高时,其量纲一制氮量下降,制氮效率降低;③在一定制氮体积分数下,制氮量随引气温度、引气压力的增加而增加;制氮效率随引气压力的增加而增加,但随引气温度的增加而减小;④在飞行高度增加的情况下,量纲一制氮量和制氮效率都增加, 而制氮体积分数的影响随飞行高度增加而减小.      

射流旋涡发生器控制大折转角扩压叶栅二次流

将射流旋涡发生器引入到某折转角为60°的扩压叶栅端壁二次流控制中,研究了射流方向和射流总压对扩压叶栅气动性能及栅内流动的影响.结果表明:当射流旋涡发生器侧向倾角为0°时,仅采用不足扩压叶栅进口流量0.5%的射流流量,即可显著减少栅内损失.射流旋涡有效阻碍和推迟了通道涡发展,在下洗侧将主流流体卷入端壁附面层内,而在上洗侧将低能流体带入主流中,从而减少了角区低能流体聚积,减弱了吸力面的分离流动.当射流进口总压采用与扩压叶栅进口相同的总压时,总压损失减小21.5%,且射流进口总压越大,其控制效果越明显.      

大涵道比发动机涡轮过渡段气动改型设计

大涵道比发动机的发展对涡轮过渡段设计提出了更高的要求。依据涡轮过渡段设计流程的5个步骤对某大涵道比发动机过渡段进行气动设计,并且对原型进行3维校核分析。总结过渡段内流动的特点,在原型的基础上进行改型设计。结果表明:通过控制流向面积分布规律能够确定过渡段沿流向的压力分布,选择合理的流向面积分布规律形式、改变过渡段流道型线的曲率能够改善当地的局部流动,获得更好的设计。改型设计消除了原型设计中存在的流动分离,并且减小了二次流损失,增大了过渡段的总压恢复系数。     

Mechanism of unconventional aerodynamic characteristics of an elliptic airfoil

Abstract The aerodynamic characteristics of elliptic airfoil are quite different from the case of conventional airfoil for Reynolds number varying from about 10~4to 10~6.In order to reveal the fundamental mechanism,the unsteady flow around a stationary two-dimensional elliptic airfoil with 16%relative thickness has been simulated using unsteady Reynolds-averaged Navier–Stokes equations and the γ-Reθt transition turbulence model at different angles of attack for flow Reynolds number of 5×10~5.The aerodynamic coefficients and the pressure distribution obtained by computation are in good agreement with experimental data,which indicates that the numerical method works well.Through this study,the mechanism of the unconventional aerodynamic characteristics of airfoil is analyzed and discussed based on the computational predictions coupled with the wind tunnel results.It is considered that the boundary layer transition at the leading edge and the unsteady flow separation vortices at the trailing edge are the causes of the case.Furthermore,a valuable insight into the physics of how the flow behavior affects the elliptic airfoil’s aerodynamics is provided.