分布式非线性气动力模型弹性飞机动力学研究

建立了线性与非线性两种分布式气动力模型,在弹性飞机模型上添加所建立的气动力模型,验证了整个系统的有效性。对所建立的模型进行着陆及突风扰动动力学仿真,对比线性及非线性气动力模型的飞机动力学响应的差异,结果表明非线性气动力模型能够更合理地计算飞机大迎角状态下的气动载荷及动力学响应。     

移动质心再入飞行器建模及自抗扰滚动控制

基于移动质心滚动控制方案,研究了其动力学系统建模和非线性耦合系统控制的问题。不同于移动质心控制系统建模中常用的牛顿力学建模和常规拉格朗日建模法,采用准坐标形式的拉格朗日法建立了完整的系统动力学方程,避免了牛顿力学中复杂的相互作用力分析和常规拉格朗日建模法物理意义不明确的缺点。鉴于移动质心滚动控制系统的非线性、耦合性和时变性,提出把系统的非线性耦合项和外部干扰统归为未知扰动,并采用自抗扰控制(ADRC)技术进行估计和补偿,相对于常用的比例微分(PD)控制,自抗扰控制器能更好地适应系统参数的变化,具有很强的鲁棒性。最后,通过数学仿真验证了整个控制方案的可行性。     

高架运输索道的静力分析

根据柔索应变与位移的非线性几何关系以及自重作用与温度影响下的平衡方程,采用欧拉描述的坐标系统精确地求得了各点的位移和张力的一般解。由高架运输索道静力问题建立的非线性代数方程组应用改进的Powell混合算法编制的高精度DNEQNF程序直接进行求解。在例题中计算了索道在两端各种高度、跨度以及温度不同的情形并进行了分析。用本文的方法对高度相同的索道问题与其他学者用不同方法得到的结果进行了对比和讨论。     

Analysis of the resonance and ways of its elimination at the descent of spacecrafts in the rarefied atmosphere

In this paper uncontrolled motions of blunt-shaped spacecrafts of small elongation descended in the rarefied atmosphere is considered. Such spacecrafts can have three balancing position of a spatial angle of attack. It can result in a resonance at change of a dynamic pressure at the descend. It is shown, that numerical integration of equations of perturbed motion does not allow to receive authentic results because of stochastic character of transients. Procedure of calculation of the upper and lower estimates of parameters of motion with use of received averaged equations and a stability criteria is developed. Efficiency of this procedure is shown on an example of hypothetical spacecraft descent. The analysis of ways of the resonance elimination is executed. In result, analytical formulas for the initial angular velocity of the spacecraft and for spacecraft's geometrical parameters are obtained.     

A numerical model characterizing internal gravity wave propagation into the upper atmosphere

A new two-dimensional, time-dependent and fully nonlinear model is developed to numerically simulate plane wave motions for internal gravity waves in a non-isothermal and windy atmosphere that accounts for the dissipation due to eddy and molecular processes. The atmosphere has been treated as a well mixed total gas with a constant mean molecular weight. The effects of Rayleigh friction and Newtonian cooling are applied near the upper boundary of the model to simulate the radiation conditions as well as to act as a sponge layer; lateral boundaries are periodic over a horizontal wavelength to simulate a horizontally infinite domain. The thermal excitation to initiate upward propagating waves is spatially localized in the troposphere and is a Gaussian function of time. A time-splitting technique is applied to the finite difference equations that are derived from the Navier–Stokes equations. The time integration for these highly coupled equations is performed using an explicit second order Lax–Wendroff scheme and an implicit Newton–Raphson scheme. The wave solutions derived from the model are found to be broadly agreeable with those derived from a Wentzel–Kramers–Brillouin theory.     

一种快速稳定的非双曲线型非线性时间序列去噪算法

非双曲线型非线性系统同宿切面点和同宿横截点的存在,使得其时间序列的去噪或轨迹重影变得十分困难。在充分挖掘非线性系统本身特性的基础上,结合Gradient Descent算法的稳定性和Newton-Raphson算法的快速收敛性,提出了一种快速稳定的非双曲线型非线性时间序列去噪新算法,在机器精度内实现了非双曲线型非线性时间序列的去噪。该方法首先计算受扰序列的局部稳定流形和不稳定流形方向,进而确定同宿切面点存在的位置,很大程度上降低了同宿切面对算法性能的影响。不同于现有文献忽视同宿横截点对算法性能影响的做法,研究得出了同宿横截点间的最小距离和干扰噪声均方差二者间的关系,首次定量地估计了同宿横截点可能对算法造成的影响,这无疑对其他算法也将是一个有益的启示。     

有动力通用再入飞行器的轨迹设计与优化

研究了有动力通用再入飞行器的燃料最优巡航轨迹,将问题转化为求解最优稳态巡航轨迹和最优周期巡航轨迹问题。基于稳态动力学方程求解了全局最优稳态巡航轨迹,采用直接打靶法求解了最优周期巡航轨迹,求解过程均考虑了质量变化。结果表明,与全局最优稳态巡航轨迹相比,在一个周期内,最优周期巡航轨迹在燃料消耗和吸热量两个方面都更具优势,采用超燃冲压发动机和火箭发动机分别可以节省4.75%和3.96%的燃料,吸热量分别减小10.4%和5.9%。     

低速两段翼型的数值模拟

在多段翼型风洞实验中,很难观察翼型不同迎角下主翼、襟翼上的绕流及缝道流动。使用了O-H型混合的结构化网格,采用k-ε二方程湍流模型求解可压的N—S方程来模拟二元风洞中两段翼型的流场。计算结果与实验进行了比较,结果表明：计算与实验结果吻合良好,说明本方法可以较好地模拟两段翼型的绕流,并能很好地显示流场的变化情况。另外,从结果中可以看出：随着迎角的变化,主翼尾流和缝道间的流动对襟翼附面层分离有很大的影响作用。     

一种改进的IMU加表标定模型及快速标定方法

针对MEMS产品工程应用的需求,提出了一种改进的IMU加表标定模型,更清晰地分离出与安装误差有关的投影关系阵以及与器件误差有关的刻度转化阵。并且,在此模型的基础上给出了不需转台的快速标定方法。投影关系阵不变,该方法减少了观测量,只需6位置来估计加速度计的零位和标度因数,同时进行了现场误差补偿。     

弹体自旋条件下姿控发动机控制律设计

针对大气层内带有横向喷流姿控发动机和尾部气动舵的导弹,研究了弹体自旋条件下的姿态控制问题。以导弹的横向加速度为输出,建立了姿态系统数学模型,并对模型进行了分析和简化。考虑了双通道控制和单通道矢量控制两种控制方式,针对姿控发动机的离散工作特点,分别研究了控制律设计问题,实现了横向加速度的快速跟踪。针对喷流干扰效应,给出了喷流放大因子的在线估计算法。最后,进行了数值仿真,仿真结果说明了所提方法的有效性。