Direct dynamic-simulation approach to trajectory optimization

This paper proposes a new direct method for an efficient trajectory optimization using the point that the dynamics of a deterministic system are uniquely determined by initial states and controls imposed over the time horizon of interest. To effectively implement this concept, the Hermite spline is adopted to interpolate the continuous controls and the system dynamics are integrated with corresponding control parameters in prior. As a result, the optimal control problem can be transcribed into a nonlinear programming problem which has no dynamic equality constraints and no intermediate states in its design variables. In addition, the paper proposes an efficient recursive Jacobian estimation technique and introduces a Jacobian transformation matrix to straightforwardly handle the general state constraints. Important properties of the present method are thoroughly investigated through its applications to the trajectory optimization for a soft lunar landing from a parking orbit, including the detailed analyses for the de-orbiting phase. The computed results are compared with those using the pseudo-spectral method to demonstrate an extreme outperformance of the proposed method in the aerospace applications over the traditional direct method.     

数据可视化处理的数学模型

就数据的可视化处理问题,根据数据的分布范围,进行数据处理、网格划分、插值计算,建立了二维数据可视化模型;对比现有的三种空间插值理论的计算结果,设计出比较理想的综合插值法,建立了空间数据可视化模型。通过对比分析,该模型具有计算量少,插值效果好,适用广泛等优点。     

一种基于最优控制的航路规划方法

阐述了一种与地形紧密结合的基于最优控制理论的航路规划方法。该方法利用二维三次卷积插值法构造地形函数,采用三维的航路规划进行地形跟随,地形回避和威胁回避,并对俯仰角进行ＰＤ（比例微分）控制。该方法计算量小,大大减小了规划时间,提高了规划结果的实时性,最优控制理论结合ＰＤ控制使得航路的三维规划鲁棒性好,有效地抑帛最振荡和发散,为低空突防的飞行器提供了很好的参考飞行航路。     

一种新的激光捷联惯导系统级温度补偿方法

激光捷联惯导工作时,惯组内的温度会随着时间不断升高,引起惯性器件标度因数和零偏的变化,从而无法满足惯组在全温范围内工作.因此,有必要采取相应措施来减少温度带来的误差.提出一种通过3次样条插值法建立初始模型,不断迭代计算模型偏差修正样条曲线的方法,确立激光陀螺和石英挠性加速度计的温度误差模型存入DSP 中,最终由导航计算机实现惯组输出的实时补偿.通过标定和静态通电验证了模型的正确性和重复性,为进一步提高惯导精度奠定了基础.     

High Fidelity Simulation of Turbulent Jet and Identification of Acoustic Sources

A turbulent round jet at the Reynolds number of 7,290 is simulated by direct numerical simulation to study jet noise source and its propagation. A large domain of 60 diameters in the axial direction, 30 diameters in the radial direction, and full 360 degrees is chosen to minimize the effect of boundary conditions. The spatial statistics of the simulated flow and the peak amplitude of acoustic radiation at 45 degree angle agree well with existing literature, confirming the quality of the data. Motivated by Ffowcs Williams and Hawkings equation, acoustic source terms for the far field sound propagation were identified both in the time and the frequency domains. The spectra at three respective locations of the potential core, the shear layer, and the ambient indicate that the fluctuation magnitudes are highest in the shear layer, followed by the potential core and the ambient. The turbulent characteristics are isotropic in the potential core and the shear layer, and the ambient exhibits an intermittent behavior.     

简化起落架噪声相似准则及马赫数比例律

真实飞机部件的气动噪声问题可以通过缩比模型气动声学试验研究,但是必须要遵循合适的相似准则。频率相似准则一般选择Helmholtz数或Strouhal数相似,而声源强度的相似准则在一定的雷诺数范围内通常采用Mach数相似。噪声随来流马赫数的比例律可用于外推风洞试验测量数据到真实飞行条件下,并判断声源类型。在北京航空航天大学D5气动声学风洞中对1/2缩比的LAnding Gear nOise database for civil aviation authority validatiON(LAGOON)简化起落架模型进行了气动声学试验研究。试验结果表明:该起落架模型的噪声频率遵循Helmholtz数相似准则而非Strouhal数相似准则。起落架噪声的马赫数比例律与频率有关,在低频范围内满足6次方关系,而在中高频范围内满足7次方关系。将D5风洞测得的噪声频谱按Helmholtz数相似及相应的马赫数比例律转换后与LAGOON原型试验结果对比,发现两者的测量结果吻合得非常好。     

一类有正阻尼的强非线性振动问题的近似解

用线化法,权残法和插值摄动法相结合的方法求得了一类有正阻尼的强非线性振动问题的近似瞬态解,精度好。     

基于模糊集值统计的输出跟踪控制器设计

提出基于模糊集值统计下修改模糊推理模型的控制规则库方法。对于具有不确定因素的非线性系统,当外界条件和系统内部结构参数变化时,根据系统的输入输出数据对,首先建立控制规则库的估计函数,引入相似度概念,在线修改隶属函数,使实际输出跟踪期望值的变化。通过仿真验证表明,该方法对于非线性、不确定性复杂系统可以获得满意的跟踪控制效果。     

二维流热耦合数值模拟程序及方法研究

本文发展了一套二维流热耦合数值模拟程序,流体域中采用结构化网格,固体域中采用非结构化网格,流体域和固体域耦合面上的网格为非匹配连接。为了使该程序能够同时模拟低速不可压流动,程序中还加入了预处理方法。此外,本文还发展了一种能较好保持通量守恒的界面插值技术,来处理流体域和固体域耦合面上的非匹配网格。数值计算结果与实验值或商业软件结果的对比表明:本程序中的预处理方法有效地改善了低速不可压流动下的计算收敛性和收敛精度,使本程序能够同时模拟高速和低速不可压流动;扩压器和叶栅的流热耦合计算表明本文程序在流热耦合计算方面具有较好的模拟能力,同时也表明本文发展的界面插值技术的可靠性。     

液冷系统仿真模型置信度评估方法

基于典型架构的液冷系统,提出了基于三角模糊数的模糊层次分析法和相似度法相结合的液冷系统置信度评估方法。该方法利用模糊层次分析法,将液冷系统仿真模型分解为若干个部件级模型,使用相似度法计算各部件级模型中依据属性划分出的若干相似元的相似度。各相似元和各部件级仿真模型的权重,都利用模糊层次分析法进行计算获得。液冷系统总置信度由各部件级仿真模型的置信度和权重加权平均后计算得到,而各部件级仿真模型的置信度,则由各相似元的相似度和权重加权平均后计算得到。文中所建立的液冷系统置信度评估方法,结合了相似度法对复杂模型精准量化的优点和模糊层次分析法主观依赖性弱的特点,此方法科学有效,具有重要的工程使用价值。