导航系统中四元数传播误差的最佳控制

本文论航天器在导航过程中四元数传播误差的最优控制，并通过仿真给出结果。     

四旋翼无人机建模及其四元数控制律设计

对四旋翼无人机进行建模与控制.在建模时采用了物理机理建模方法,尤其是对电机和螺旋桨进行了详细的建模,然后应用四元数对所建的模型进行了姿态角的控制.首先将欧拉角转换为四元数,然后求出误差四元数,接着由误差四元数推导出所要转动的角度和所要绕的轴.在此基础上,又对各个方向上的速度进行了控制,并与PID控制结果进行了对比.仿真结果表明,基于四元数的控制律更能有效地控制四旋翼速度较大的情况.     

Effect of turbulence on NO formation in swirling combustion

Turbulence affects both combustion and NO formation. Fluctuation correlations are ideally used for quantitative analysis. From the instantaneous chemical reaction rate expression,ignoring the third-order correlation terms, the averaged reaction rate will have four terms, including the term of averaged-variable product, a concentration fluctuation correlation term, and temperature-concentration fluctuation correlation term. If the reaction-rate coefficient is denoted as K, the temperature fluctuation would be included in the K fluctuation. In order to quantitatively study the effect of turbulence on NO formation in methane-air swirling combustion, various turbulencechemistry models are tested. The magnitudes of various correlations and their effects on the time-averaged reaction rate are calculated and analyzed, and the simulation results are compared with the experimental measurement data. The results show that among various correlation moments, the correlation between the reaction-rate coefficient K fluctuation with the concentration fluctuation is most important and is a strong nonlinear term.     

方柱-强旋组合旋涡脱落机制研究

强旋流和钝体绕流均可构造低速回流区以利于高速气体稳定燃烧,本文通过在钝体中心开孔通入旋流气体模拟研究了旋流流动对钝体绕流旋涡脱落的影响规律。计算结果表明,在旋流作用下,钝体绕流涡脱规律更加复杂,涡脱由上下边界层失稳主导变为由旋流管中的旋流涡主导,并且形成的涡尺度增大,在脱落过程中会由于旋涡的破碎产生"点潭"以增强周围涡强度。同时,柱体涡和旋流涡的相互作用可以减小流动阻力,增加回流区长度和回流质量流量,从而强化传热传质,起到强化燃烧增加燃烧稳定性的效果。     

航空发动机内部齿轮箱主腔流场的数值模拟

通过建立的内部齿轮箱主腔简化模型,应用RNGk-ε湍流模型,对航空发动机内部齿轮箱主腔流场进行了CFD数值模拟,分析了进口旋流对主腔内流动的影响。结果表明:进口速度增加时,进入主腔内的流体会更快穿过主腔流出,并减少与腔内低能流动的混合,且流体在腔内的停留时间与其进口速度存在一定程度的关联,速度越高越快离开主腔;腔内流场以出口位置作为径向分界面,可大致分为上部受进口旋流影响的区域,和底部不受进口气流影响的低速流动区域;在上部区域,由于进口旋流的作用,流场中生成了4个大小不等的旋涡,使得流动掺混增强。     

并存大角速率转动的圆锥算法精度评估

本文利用圆锥运动和大角速率转动并存条件下的规范化四元数,对扩展形式级数圆锥算法和扩展形式显式频率整形圆锥算法进行了理论误差分析,给出了理论的误差公式.针对不同条件下,即大角速率转动和圆锥频率变化时,揭示了扩展形式频率级数圆锥算法和扩展形式显式频率整形圆锥算法精度差异的原因.同时,仿真也证明了圆锥运动和大角速率转动并存条件下,扩展形式频率级数圆锥算法和扩展形式显式频率整形圆锥算法理论误差分析结果的正确性.     

直肋对扩张型尾缘半劈缝气膜冷却特性影响的实验研究

为探究布置直肋扰流结构的尾缘半劈缝冷却结构的气膜冷却特性,分别采用压力敏感漆技术和瞬态热色液晶技术研究了直肋对扩张型尾缘半劈缝表面的绝热气膜效率和对流换热系数的影响,详细对比分析了吹风比及直肋宽度对三种不同扩张型半劈缝表面的气膜冷却特性。实验结果表明:直肋的加入对小扩张型半劈缝表面的气膜覆盖产生了不利影响,但仅限在小吹风比工况;而直肋对大扩张型半劈缝表面的气膜覆盖有略小的促进作用,但其绝热气膜效率始终低于小扩张型半劈缝表面。肋宽对半劈缝表面的换热增强大小受半劈缝表面形状影响,随着半劈缝表面扩张程度的增大,宽直肋结构的高换热优势逐渐超越窄直肋结构。直肋型尾缘半劈缝冷却结构可有效提升1.45～2倍的壁面热流密度,小吹风比工况时宜选用带有窄直肋的扩张程度较小的半劈缝表面结构,而大吹风比时宜选用带有宽直肋的扩张程度较大的半劈缝表面结构。     

环形燃烧室壁温对热声不稳定性影响的实验研究

为了研究壁温效应对热声振荡的影响,本文基于环形燃烧室/涡轮耦合实验平台,在当量比Φ=0.82和燃烧功率P=15.5 kW的工况参数下开展了实验研究。相比于独立环形燃烧室实验,本文所引入的涡轮导叶出口组件,使得燃烧室跟发动机实际工况出口匹配情况更接近,具有更一致的热声环境和热容效应。实验发现,在壁温升高过程中伴随着不同类型热声不稳定模式间的切换以及振荡频率、幅值等参数的演变。进一步选取了6个典型状态点,结合基于火焰图像序列的动态模态分解,对比光电倍增管信号和不同方位角的声压信号,分析了各个状态点的火焰动力学和声学响应特征。实验结果表明,在固定功率和当量比工况下,受燃烧室壁面热平衡状态的影响,热声不稳定模式先后经历了由亥姆霍兹模式、1/4波纵向模式、周向混合模式和旋转模式所主导的过程。在出现周向模式的初期,其表现为旋转率呈现肥尾分布的驻波旋-转混合模式,而后期演变为旋转率的分布相对集中的逆时针方向旋转模式。     

一种基于力矩优化的虚拟人运动控制算法

本文以四元数、递归动力学和优化控制为基础，提出了一种基于力矩优化的虚拟人运动控制算法。该算法使我们能够有效地处理关节位置和力矩约束，解决虚拟人的约束动力学问题，使虚拟人的运动不仅符合动力学规律，而且能量消耗最少，从而有效地实现了对人类作业的仿真和评估。实验结果证明了算法的有效性。