用于飞行仿真的空间大气紊流场生成与应用研究(英文)

研究了三维空间大气紊流场生成及其在大型飞机实时飞行仿真中的应用。分析了针对大型飞机飞行仿真的扰动风场的建模需求。通过在频域空间直接进行蒙特卡罗法随机抽样,经三维傅里叶逆变换获得空间大气紊流场。采用Von Karman模型,更加准确地描述大气紊流场特征。运用傅立叶变换的复共轭对称特性,保证最终生成实的紊流场。通过无因次化方法解决了变尺度和变强度的紊流场生成问题。针对生成的空间紊流场设计了紊流梯度的计算方法。针对飞机连续穿越紊流场的问题,提出基于空间对称扩展的紊流场扩展方法。经时域相关性检验证明,基于该方法生成的紊流场与传统时域方法相比,具有较好的空间互相关特性。最后针对Boeing747飞机,给出了一个在空间紊流场中的飞行仿真实例。与传统质点化模型的仿真结果相比,基于空间紊流场和四点模型的算法更能表现出飞机穿越紊流场飞行的随机特性。     

壁面粗糙度湍流扩展模型及流动数值模拟

采用有限体积法数值求解雷诺平均Navier-Stokes流动控制方程,数值模拟表面粗糙度对气动特性和热力学特性的影响。通过修正Knopp的基于切应力输运k-ω湍流模型的粗糙度湍流扩展模型中边界条件ω的值,提高了壁面附近的涡黏度,增加了总壁面切应力,从而引入壁面粗糙度的影响。通过对不同粗糙度的平板流动和NACA 65_2215翼型绕流进行数值模拟,分析粗糙度对表面摩阻系数、斯坦顿数和升力系数的影响。计算结果表明:粗糙度使得平板表面摩阻系数和斯坦顿数增大,翼型流动分离提前,升力系数减小。流经粗糙壁面的流动处于过渡状态时,改进的粗糙度湍流扩展模型改善了原模型速度偏移量与经验公式相比偏小的缺点,同时,表面摩阻系数、斯坦顿数和升力系数与实验结果吻合得更好。该改进模型不需要对壁面附近网格进行加密,能够快速、准确地模拟流经粗糙壁面的流动。     

虚拟扩展成像在大视场姿态角测量中的应用

对基于光电准直和针孔成像原理的姿态角测量系统,提出一种虚拟扩展成像面技术,对图像传感器成像面进行复用,虚拟扩大系统的测量视场.基于反射不对称的针孔光阑设计,实现一种光斑模式识别方法,对光斑质心和正反射模式进行识别,并进行虚拟成像面坐标扩展.通过计算机仿真,对识别结果进行了分析验证,表明这种方法对各种光斑模式都能准确识别,成倍扩大了测量视场.      

A fatigue damage-cumulative model in peridynamics

While the present structural integrity evaluation method is based on the philosophy of assumed similitude, Fatigue and Damage Tolerance (F&DT) evaluations for next generation of air-vehicles require high-fidelity physical models within cyberspace. To serve the needs of F&DT evaluation in digital twin paradigm, a fatigue damage-cumulative model within peridynamic framework is proposed in this paper. Based on the concept of fatigue element block and damage accumulation law in form of Coffin-Manson relationship, the proposed model applies to both fatigue crack initiation and fatigue crack growth; fatigue crack growth rates under constant-amplitude and simple variable-amplitude block loading cases can be well predicted for three common structural materials without inputs of Paris law parameters. Additionally, the proposed model can also be easily extended to a probabilistic version; for verification, multiple-site-damage problems are simulated and the statistic nature of fatigue process in experiments can be well captured. In the end, main features of the proposed model are summarized, and distinctions from the other models are discussed. There may be a potential for the peridynamic damage-cumulative model proposed in this work to numerically predict fatigue problems in digital twin paradigm for future generations of aerospace vehicles.     

CS结构下的DVE规模扩展方法

针对分布式虚拟环境下的多服务器结构,将规模扩展问题转化为多节点与多服务器的最优分配问题,并提出了节点划分方案的评估方程.评估方程综合考虑系统负载、系统延迟,以达到对分配方案的有效评估.根据分布式虚拟环境实际应用的特点,将节点划分分为预分配和实时调节两个步骤.预分配通过密度优先策略和贪婪自适应搜索算法实现对预分配节点快速、有效地划分,利用评估方程对评估结果进行修订;实时调节严格限制节点分配的条件,达到实时分配的目的.相比于传统方法,很好的处理了分配的实时性和完备性之间的矛盾,具有较高的实用价值.通过实验比较,证明该方法的有效性,并得出结论.     

密闭舱内氧传感器自动标定方法研究

鉴于氧浓度传感器、氧化锆传感器本身的特性,处于寿命末期的传感器在测量时,会出现精度误差及漂移特性。为减小传感器漂移影响,基于多传感器数据融合技术,选择稳定性及一致性较好的传感器测量值作为自动标定基准值,并在这一基础上,改单点k值标定方法为多点k值标定方法。验证结果显示:当电压值漂移量达到0.1 V时,常规标定方法氧分压漂移量将超过2 kPa,漂移量不超过0.5 kPa。因此,该标定方法增加了氧传感器漂移的适应范围,降低了测量误差,减少了标定的频次。     

关于HEO空间飞行体的轨道寿命问题

低轨地球卫星的轨道寿命主要取决于大气的耗散作用,其轨道在不断变小(即高度降低)变圆的状态下进入地球稠密大气层中陨落.但HEO(Highly Eccentric Orbit)类型的空间飞行体的运行轨道是一个近地点高度很低,远地点高度却很高的大偏心率椭圆轨道,其轨道寿命主要由第三体(日、月)引力摄动所决定,而且还与其轨道的初始状态有密切关系,特别是慢变量Ω(轨道升交点经度)和ω(轨道近地点幅角),决定了偏心率e的长周期变化状态,从而制约了HEO类型空间飞行体的轨道寿命.本文将根据地球卫星轨道变化规律进行理论分析,阐明这一力学机制,并给出相应的数值验证.      

区间模糊集理论及其运算法则(英文)

在区间模糊集概念及其性质的基础上,针对区间模糊集的3个理论尚未得到有效证明的现状,首先对区间模糊集的知识表示及其运算法则进行了研究,然后提出了基于区间模糊集的截集概念。并在此基础之上进一步研究了基于区间模糊集的分解定理、表现定理和扩展定理,并通过实例说明了传统模糊集是区间模糊集的一个特例,区间模糊集是传统模糊集的有效扩展。     

基于全场等效损伤测试的累积损伤模型

材料LY12CZ在固定的一组循环数下，对其中每一预定循环数进行不同应力水平的疲劳试验，并测出材料的韧性变化率，以此为损伤变量得到该组循环数下损伤量与交变应力水平关系的曲线族，该曲线族可以转换成相同损伤量下交变应力与循环数关系的等效损伤线族，通过对材料LY12CZ等效损伤线族测试和分析，给出损伤线族方程表达式，由此得到的损伤累积模型可以计算复杂加载下材料的剩余寿命，多级加载实验结果与测试值较好符合。     

质子交换膜燃料电池膜电极组件性能分析

对由亲水电极与Nafion 112质子交换膜制备的质子交换膜燃料电池(PEMFC)膜电极组件(MEA),测试了工作温度、气体压力、气体相对湿度和气体流量等对MEA性能的影响。试验和分析显示MEA的适宜工作条件为:温度70℃、压力0.2~0.3 MPa、H2/O2或空气的相对湿度为100%/60%、H2/O2或空气流量计量比分别为1.1~1.2/1.2~1.5或2.0~2.5。在此条件下对MEA进行了1000 h放电性能测试。结果表明,该MEA的结构和性能稳定,能满足燃料电池长寿命工作要求。