高超声速1 MHz 高频脉动压力测试技术及其应用

为了研究高超声速边界层内的高频脉动结构,特别是第二模态不稳定波,在 FD-07风洞中搭建了一套1MHz 量级高频脉动压力采集系统。风洞背景噪声和电磁噪声是影响高频脉动结构测量的主要原因。在风洞流场品质无法改变的前提下,对高频脉动压力采集系统的信号传输进行了改进,包括工频电源隔离、传输电缆屏蔽和采集设备接地等。通过改进措施,采集系统的抗电磁干扰和信号衰减的能力得到改善,其信噪比得以显著提升。结果表明,改进前后各频段噪声的能谱密度大幅降低(在频率400 kHz 以下,噪声能谱密度降低了一个量级以上)。最后,利用该测试技术成功地在 FD-07高超声速风洞中进行了边界层稳定性实验,捕捉到了第二模态不稳定波,其主导频率范围与线性稳定性理论预测结果吻合。     

飞机结冰在线辨识方法研究

开展飞机结冰气动特性在线辨识研究,不仅可以用于分析结冰对飞机气动特性的影响,而且对于飞机结冰在线识别具有重要的意义。近年来卡尔曼滤波和 H ∞算法在飞机结冰在线辨识中应用较多,二者均具有可靠性高、收敛快等特点,但对于噪声环境下算法的可靠性和精度评估还不够充分。本文针对飞机结冰在线辨识需求,探讨了扩展卡尔曼滤波和 H ∞算法作为结冰在线辨识算法的应用。首先通过 NASA 双水獭结冰研究飞机算例,利用扩展卡尔曼滤波和 H ∞算法,辨识双水獭飞机结冰后的俯仰方向导数,通过考虑阵风扰动和测量噪声后的仿真数据快速估计该飞机俯仰方向上的三个稳定和控制导数,并将辨识结果与参考值对比,发现两种算法均能在2s 之内快速收敛到参考值附近,且滤波得到的状态量与仿真数据吻合较好,说明算法可靠性高且收敛快,具备飞机结冰在线探测的能力。在此基础上利用不同测量噪声统计特性的仿真数据,评估测量噪声对两种算法辨识精度的影响,经分析发现随着测量噪声标准差取值增大,扩展卡尔曼滤波辨识结果精度明显降低,而 H ∞算法的辨识精度变化较小,说明扩展卡尔曼滤波辨识精度依赖于噪声先验信息的准确性,而 H ∞算法不依赖于噪声先验信息,即使数据质量较差,H ∞算法也能得到精度相当的辨识结果。     

车载摄像稳定平台隔振系统优化研究

建立了车载摄像稳定平台结构的有限元模型,针对平台的工作环境采用模 态叠加法对平台的隔振系统进行了仿真,得到了特定路面环境下减振器刚度和阻尼对平 台系统的影响。并根据仿真结果对平台结构方案进行了优化,为车载摄像稳定平台下一 步研究提供依据。     

速率稳定平台隔离度的研究与应用

对Stribeck摩擦力矩模型进行研究,采用模式识别方法估算速率稳定平台Stribeck摩擦力矩,结合常用电机及负载模型、传感器模型和载体扰动模型等建立速率稳定平台隔离度模型.针对速率稳定平台稳态精度高、响应速度快且稳定裕度大的要求,用频域分析法设计两种控制器,并在MATLAB/Simulink中建立稳定平台控制系统模型进行控制器设计,建立隔离度仿真模型进行仿真和验证.将两种控制器离散化,采用计算机控制,利用实际产品进行试验验证,提出了一种提高稳定平台隔离度的方法.     

等离子射流在圆柱充液室中扩展、掺混的实验及数值模拟

为了研究等离子射流与液体工质相互作用特性,设计了圆柱型充液室,运用数字高速录像系统观察了等离子射流的扩展过程,重点研究了放电电压对等离子射流扩展特性的影响。实验结果表明,等离子射流在液体中扩展时,两相流体存在较大的速度差,Taylor-helmholtz不稳定效应导致强烈的两相湍流掺混,Taylor空腔的亮度在时空上呈非单调分布;放电电压越大,Taylor-helmholtz不稳定效应越强。在实验基础上,建立了等离子射流扩展的二维轴对称非稳态可压缩流的数学模型,并进行了数值模拟,获得了射流场中Taylor空腔界面的形态变化,以及流场中压力、速度、温度、湍动能和湍流耗散率的分布特性。由Taylor空腔界面扩展云图计算得到的Taylor空腔轴向扩展位移与实测值吻合较好。     

遥感平台摩擦力矩的非线性校正补偿方法

航空遥感惯性稳定平台可以隔离外部扰动对载荷的影响,确保遥感载荷高精度成像,但摩擦的存在,造成了不平稳、爬行等现象,导致系统动态响应缓慢、稳定精度低、抗干扰能力弱,影响平台动态性能.本文有针对性的提出了基于非线性校正的摩擦力矩补偿方法,仿真实验结果证明,该方法有效地抑制了摩擦,消除了低速爬行现象,提高了抗干扰能力.     

航空惯性稳定装置的齿隙误差实验平台设计

设计了航空惯性稳定装置的齿隙误差实验平台。该平台通过更换不同尺寸的齿轮和调节齿轮中心距,实现齿隙微调,用于研究不同传动比和不同齿隙情况下的齿隙误差特性,为航空惯性稳定装置的齿隙误差建模与补偿工作奠定了基础。     

相控阵雷达导引头波束稳定技术研究

 相控阵雷达导引头已成为新型空空导弹制导系统的首选,相控阵雷达导引头应用在空空导弹上需要首先解决导引头波束稳定的技术难题。本文基于波束指向在惯性空间不变性原理提出一种相控阵雷达导引头波束稳定算法,对影响相控阵雷达导引头隔离度性能的主要因素进行了仿真分析。仿真结果表明:该算法可以实现相控阵雷达导引头波束惯性空间指向稳定并且满足工程应用要求;通过减小速率陀螺数据周期和波束控制周期,及引入速率陀螺传输延时补偿算法可以提高导引头的隔离度性能。     

液体火箭发动机非稳态燃烧过程对其稳定性的影响

基于模型分析了由非稳态燃烧过程引起的不稳定热释放这一激励源项对稳定性的影响,探讨了相应的激励机理。采用小扰动分析方法,将一维层流预混火焰燃烧模型方程分解为稳态和非稳态两类控制方程,建立了线性增长率中燃烧释热项的计算方法,获得了温度及释热量的空间分布,探讨了初始温度及比热比变化对其影响规律。结果表明:采用高能推进剂的燃烧系统具有相对较低的稳定性,而对于同一种推进剂,比热比的增加会导致稳定性对频率的敏感程度增加,且具有明显的频率选择性。      

亚声速轴流压气机转子轴对称机匣造型优化的数值研究

以西北工业大学某亚声速轴流压气机孤立转子为研究对象,提出了较为可靠的数值模拟方法,进而采用NUMECA软件包中DESIGN/3D软件块,在峰值效率工况下对该转子机匣进行了轴对称造型优化,最终得到优化转子.优化转子在叶片前缘将叶顶间隙泄漏涡推离叶片吸力面,虽然该结果导致前30%轴向弦长间隙泄漏涡涡量及流动损失有一定程度增大,但是在后70%轴向弦长,优化转子间隙泄漏涡的涡量与流动损失比原始转子有了很大程度降低,从而使得全局损失降低,峰值点效率提高,出口绝对总压增加.优化转子的峰值点效率提升约为0.36%,大流量点效率增加更多,但是近失速点会更早地形成叶顶低速区从而诱发失速,使得优化转子比原始转子稳定裕度略有降低.