A high-fidelity design methodology using LES-based simulation and POD-based emulation: A case study of swirl injectors

Engineering design is undergoing a paradigm shift from design for performance to design for affordability, operability, and durability, seeking multi-objective optimization. To facilitate this transformation, significantly extended design freedom and knowledge must be available in the early design stages. This paper presents a high-fidelity framework for design and optimization of the liquid swirl injectors that are widely used in aerospace propulsion and power-generation systems. The framework assembles a set of techniques, including Design Of Experiment (DOE), high-fidelity Large Eddy Simulations (LES), machine learning, Proper Orthogonal Decomposition (POD)-based Kriging surrogate modeling (emulation), inverse problem optimization, and uncertainty quantification. LES-based simulations can reveal detailed spatiotemporal evolution of flow structures and flame dynamics in a high-fidelity manner, and identify important injector design parameters according to their effects on propellant mixing, flame stabilization, and thermal protection. For a given a space of design parameters, DOE determines the number of design points to perform LES-based simulations. POD-based emulations, trained by the LES database, can effectively explore the design space and deduce an optimal group of design parameters in a turn-around time that is reduced by three orders of magnitude. The accuracy of the emulated results is validated, and the uncertainty of prediction is quantified. The proposed design methodology is expected to profoundly extend the knowledge base and reduce the cost for initial design stages.     

二阶多项式自治系统代数曲线解的判定法

为了以解析的方法和代数的方法寻求二阶多项式自治系统的代数曲线解，并为进一步研究非线性系统的可积性和得域上多项系统的定理论，证明了关于复域上二元多项式的一个整除定理，并以ＶａｎＤｅｒＰｏｌ程及一个二阶二次自治系统为例，说明这一整除定量可以作为二阶多项自治系统是否存在代数曲线解的主要判据。     

多项式拟合法在飞机试飞中的应用研究

主要研究了多项式拟合法在飞机颤振试飞数据处理中的应用技术,讨论了在数据预处理中应用指数窗对抑制噪声、提高数据处理结果精度的影响,最后提出了科学合理的数据处理方法,从而大大提高了试飞结果的准确性。     

航空发动机约简遗传规划起动非线性动态模型

提出了一种新的用于航空发动机最优化起动过程数据驱动动态建模的约简遗传规划(PGP)算法。这种模型采用遗传规划产生航空发动机辨识模型的输入输出非线性模型集,并以二叉树结构表征函数项,运用正交最小二乘算法(OLS)估计二叉树分支对于模型精度的贡献并据此去除复杂、冗余的函数项,从而加快遗传规划的收敛速度,最后通过GP进化可获得简单、可靠、准确的线参数非线性线参数动态模型。实际发动机起动过程建模应用案例证明,这种思路对于具有非线性输入输出关系特征的数据可以产生鲁棒性好、解析性强的线参数非线性模型。      

单一物质的热力学性能近似计算(英文)

本文介绍针对固定温度点的热力学函数 (如焓、熵、比热 )综合近似计算法。该方法已成功地用来近似计算温度范围为 10 0～ 2 0 0 0 0 K的 150 0个热力学函数表。用内含近似计算程序包的 TD软件系统对混合物参数进行热力计算的结果证明,该多项式在求解多组元系统计算中迭代问题时具有很高的可靠性。      

机器人磨抛氧化锆涂层工艺研究

使用搭建的机器人自动磨抛平台系统,针对氧化锆热障涂层磨抛工艺开展了研究,旨在通过机器人磨抛加工对涂层厚度及表面粗糙度进行合理控制,提高涂层表面质量。基于Preston理论建立了氧化锆涂层材料的去除模型;通过单因素试验研究了主要磨抛参数对材料去除深度的影响规律,基于正交试验确立了氧化锆涂层材料磨抛最优工艺参数组合和工艺步骤,对航空发动机喉道密封片氧化锆涂层进行了磨抛加工。试验结果表明,在一定范围内,材料去除深度随着磨抛压力及磨抛盘转速的增大而增大,随着进给速度的增大而减小;磨抛压力对材料去除深度的影响较大,磨抛倾角对去除深度的影响较小。机器人磨抛系统采用力控方式实现了定量均匀去除,涂层厚度和表面质量一致性良好,加工效率显著提高,同时也验证了本机器人自动磨抛系统的实用性和优越性。     

集中式多输入多输出雷达信号盲分离算法研究

在电子对抗领域,对集中式多输入多输出（Multiple Input Multiple Output, MIMO）雷达的信号侦察和分选是一个难点。提出采用盲分离（Blind Source Separation, BSS）算法中的非圆复信号快速独立分量分析（Noncircular Complex Fast ICA, NC FastICA）对MIMO雷达进行信号分选。为了满足盲分离算法的应用条件,提出一种在多视角观测位置采集雷达信号的侦察方法来构建可分离的满秩混合矩阵。仿真结果表明,对相位编码、离散频率编码等典型正交波形进行等角度间隔采样和盲分离时,无论是否存在幅度起伏,在信噪比为10dB时均可以达到低于-14dB的正交波形分离度,对分离后的波形进行相关性对比和时频分析的结果也验证了本文方法的有效性。     

一种单自由度振动系统动态载荷识别方法

航天器在飞行过程中经历了复杂的力学环境,但是目前又无法直接测量出这种复杂力学载荷函数。针对这一问题,提出了一种应用力学载荷识别方法确定航天器所经受力学载荷的新方法,针对单自由度振动系统模型,以二次多项式为基函数,推导建立了基于Duhamel积分的动态载荷识别模型。仿真分析结果表明,该方法具有很高的识别精度,且不存在误差积累问题。该方法为下一步试验验证和工程应用提供了理论基础和技术支撑。     

基于衍射光栅的光纤光栅传感器解调系统研究

研究并实现了一种基于双衍射光栅的光纤布拉格光栅（FBG）传感器解调系统。该解调系统的光路由准直镜、衍射光栅、柱面反射镜和光电探测器等器件组成。通过准直镜后不同波长的平行光束经过衍射光栅后在空间展开,通过柱面反射镜聚焦在光电探测器成像面上。该光路通过采用两块衍射光栅的方法在减小解调系统尺寸的同时提高光学空间分辨力,采用线阵探测器替代扫描机构从而简化系统结构。从理论上分析了光束经过该系统后的空间光强分布,根据光强的高斯分布采用多项式拟合的方法实现了反射光谱峰值定位算法。通过与高精度光谱仪的测量结果对比表明,该解调方法具有较高的波长解调精度和稳定性。