基于CFD与最小二乘法的翼伞动力学建模

襟翼偏转气动计算是翼伞建模的关键问题,为提高翼伞动力学模型精度,本文引入襟翼偏转气动模型,提出CFD数值模拟与最小二乘辨识相结合的方法:数值模拟借助动网格动态捕捉翼伞外形与姿态变化,获取襟翼偏转气动数据;最小二乘法进行模型参数辨识,修正翼伞气动计算.研究表明襟翼偏转气动模型较好反映翼伞气动规律,对应动力学模型与空投试验数据接近,验证本文建模方法的有效性,为翼伞精确建模提供新思路.      

飞行器操纵面嗡鸣的非结构网格并行计算方法

为了数值模拟飞行器操纵面的嗡鸣现象,在集群计算机MPI并行计算环境下建立基于三维非定常欧拉方程耦合结构运动方程的嗡鸣计算方法.气动流场求解采用基于非结构网格的中心有限体积法进行空间离散,时间推进采用双时间方法,结构运动方程采用Adams预估校正方法求解.针对翼面与操纵面缝隙间存在的网格运动问题,在非结构网格系统上采用Delaunay图映射方法实现网格的运动变形.最后,使用飞行器操纵面标准嗡鸣计算模型对计算方法进行验证,结果表明:所建立的并行计算方法正确,程序具有很好的计算效率,能够对飞行器操纵面嗡鸣进行高效的数值分析.     

跨声速静气动弹性结构响应分析

采用动态网格生成和CVT数字插值技术构成了CFD/CSD耦合计算数据交换界面,结构运动方程采用有限元求解,气动载荷求解则用非定常N-S方程的双时间有限体积推进,外时间为物理时间,与结构运动方程同步迭代,松耦合求解了机翼受气动载荷作用的静气动弹性。最后得到了机翼在M∞ =0 8395,α=5 06°的CFD/CSD耦合计算的收敛值。详细分析了机翼受静气动弹性过程中结构响应和气动特性随时间变化的效应,初步研究结果表明:这种松耦合方法求解非线性气动弹性问题是可行的。     

DLR-F6翼身组合体跨音速流场

针对跨音速运输机经典算例DLR-F6翼身组合体模型,采用CFD方法对其气动特性进行了粘性流动数值模拟,流动模型为雷诺平均NS(RANS)方程。首先采用“超立方体”概念生成绕DLR-F6翼身组合体的高质量多块结构拼接网格,研究网格拓扑结构对气动特性的影响,在此基础上通过网格细分和粗分考查了网格密度对计算结果的影响,最后进行了湍流模型的影响研究。通过与实验数据对比分析,得出了适宜DLR-F6翼身组合体跨音速粘性流动的计算网格,并总结出了能较好模拟其跨音速流场特性的湍流模型。结果表明：网格拓扑结构的合理设计会对计算结果产生一定的影响;网格密度对机翼表面压力分布没有明显影响,但对阻力系数影响显著;湍流模型对机翼表面压力系数分布的影响主要体现在激波位置上,对翼根处的分离也有一定的影响;SST 模型计算的气动力系数比SA模型接近实验值。     

直升机旋翼前飞状态下的气动弹性分析

建立一种旋翼前飞状态下的旋翼气动弹性分析模型,模型中采用松耦合方法集成高精度计算流体力学(CFD)气动模型。采用Green应变以及几何精确的弹性运动及变形的几何关系式;并通过Hamilton建立旋翼动力学方程。采用基于N-S控制方程的CFD气动模型,采用滑移网格技术实现桨叶运动。通过计算SA349/2直升机前飞状态下的挥舞、摆振振动载荷,对比试验数据,验证建立的气动弹性分析模型。结果表明,集成CFD的气弹模型能有效提高振动载荷预估精度,对于高阶谐波载荷的计算有很大的提高。     

垂尾跨声速弹性载荷研究

研究了战斗机垂尾在跨声速范围的非线性气动弹性行为和弹性载荷特性。针对飞机垂尾,计算了飞机垂尾的颤振边界,通过CFD／CSD耦合时域内推进结构运动方程,得到弹性结构的响应历程,并记录每一时刻的气动载荷和结构惯性载荷,将气动载荷信息转换到CSD的结点上,加载到结构模型上进行瞬态响应分析,得到结构的动应力响应,计算给出了0°侧滑角时不同马赫数下的颤振边界和Ma=0.9、侧滑角2°和10°时的非定常气动载荷与非定常惯性载荷和弹性载荷的时域响应,分析了惯性载荷、气动载荷和弹性载荷对颤振的影响以及方向舵对垂尾颤振的影响。     

DLR—F6翼身组合体跨音速流场CFD应用计算研究

针对跨音速运输机经典算例DLR—F6翼身组合体模型,采用CFD方法对其气动特性进行了黏性流动数值模拟,流动模型为雷诺平均N-S(RANS)方程。首先采用"超立方体"概念生成绕DLR—F6翼身组合体的高质量多块结构拼接网格,研究网格拓扑结构对气动特性的影响。在此基础上通过网格细分和粗分考查了网格密度对计算结果的影响,最后进行了湍流模型的影响研究。通过与实验数据对比分析,得出了适宜DLR—F6翼身组合体跨音速黏性流动的计算网格,并总结出了能较好模拟其跨音速流场特性的湍流模型。结果表明:网格拓扑结构的合理设计会对计算结果产生一定的影响。网格密度对机翼表面压力分布没有明显影响,但对阻力系数影响显著。湍流模型对机翼表面压力系数分布的影响主要体现在激波位置上,对翼根处的分离也有一定的影响。SST模型计算的气动力系数比SA模型接近实验值。     

燃气轮机涡轮叶片气场耦合仿真研究

采用有限差分方法开发了气冷涡轮气弹耦合求解器。该求解器分别在流动区域求解时间平均N-S方程,在固体区域求解振动方程,在流固边界则施加了气弹耦合边界条件。在流动问题求解中,采用了B-L代数湍流模型封闭时均N-S方程,采用三阶AUSMPW 差分格式离散对流项,并采用隐式LU-SGS格式求解离散后的代数方程;振动问题则采用显式格式求解;采用代数网格法进行固体区域动态网格生成。采用该耦合求解器对某涡轮级动叶的振动响应问题进行了数值仿真,研究表明：所开发的耦合求解器能够用于振动响应问题的分析,同时本算例中涡轮动叶的振动不存在发散现象,并且叶片振动对流动的影响很小     

钻石背弹翼的静气动弹性研究

使用动网格技术耦合结构模型和气动模型,利用逐次迭代法计算钻石背弹翼的气动弹性变形.使用模态法构造结构模型,求解N-S方程计算气动力.计算了不同刚度弹翼的气动弹性变形以及变形对气动特性的影响并与实验结果对比.结果表明:钻石背弹翼的气动弹性变形量越大,其法向力越小;柔性钻石背弹翼小直径炸弹的法向力大小以及随攻角变化趋势与计算风洞实验结果接近;钻石背弹翼两侧非对称变形会引起滚转力矩,并且滚转力矩随攻角增大而增大.     

燃气轮机涡轮级气弹耦合仿真研究(英文)

采用有限差分方法开发了气冷涡轮气弹耦合求解器。该求解器分别在流动区域求解时间平均N-S方程。在固体区域求解振动方程,在流固边界则施加了气弹耦合边界条件。在流动问题求解中,采用了B-L代数湍流模型封闭时均N-S方程,采用三阶AUSMPW+差分格式离散对流项,并采用隐式LU-SGS格式求解离散后的代数方程;振动问题则采用显式格式求解;采用代数网格法进行固体区域动态网格生成。采用该耦合求解器对某涡轮级动叶的振动响应问题进行了数值仿真,研究表明:所开发的耦合求解器能够用于振动响应问题的分析,同时本算例中涡轮动叶的振动不存在发散现象,并且叶片振动对流动的影响很小。     

控制参数值非线性调整策略的灰狼优化算法

为了克服灰狼优化算法在解决函数优化问题时容易陷入局部最优的缺陷,提出采用正弦曲线、对数曲线、正切曲线、余弦曲线和2次曲线的非线性调整策略控制参数值。同时采用变异策略对智能个体位置进行处理,使其位置受适应度值大小影响。对3个标准测试函数进行仿真表明,余弦曲线和2次曲线调整策略优于线性调整策略,其他3种非线性调整策略劣于线性策略。     

粒子群优化算法的惯性权值递减策略研究

为了有效地控制粒子群优化算法的全局搜索和局部搜索，基于递减惯性权值的基本思想，在现有的线性递减权值策略的基础上，提出了开口向下抛物线、开口向上抛物线和指数曲线3种非线性的权值递减策略，并采用Sphere、Rosenbrock、Griewank和Rastrigrin这4个标准测试函数测试这些策略对算法的影响．试验结果表明，对于多数连续优化问题，在初始权值和最终权值相同的情况下，凹函数递减策略优于线性策略，而线性策略优于凸函数策略，凹函数递减策略能够在不影响收敛精度的情况下较大幅度地提高粒子群算法的收敛速度．     

线性迭代算法设计双正交余弦调制滤波器组

介绍了一种用于设计双正交余弦调制滤波器组的线性化方法。该方法中，目标函数和完全重构条件均被表示成为原型滤波器系数矢量的二次函数形式。使用拉格朗日乘数方法，算法通过迭代求解线性方程来获得期望的原型滤波器系数矢量。该方法最大优点在于设计过程简单易行并且计算效率非常高。设计实例表明，该算法对于双正交余弦调制滤波器组的设计是非常有效的。     

基于LIPM的双足机器人变步长行走规划

为了提高双足机器人步行运动的灵活性,提出了一种基于线性倒立摆模型的双足步行规划算法.该算法首先根据所要达到的步长,获得支撑腿切换时质心的位置;然后,根据线性倒立摆模型的运动特性,计算出质心到达上述位置所需要的时间;最后,根据该时间对摆动脚用正弦曲线进行规划,使之能够在恰当的时刻到达所需的落脚点位置进行支撑脚的切换.该算法可使双足机器人在运动中变化步长,很好地提高其步行的灵活性.通过真实机器人的实验,验证了该方法的有效性和实用性.     

座椅可移动2轮机器人的建模与仿真

采用拉格朗日动力学方程建立座椅可移动2轮移动机器人在平坦地面上做直线运动的数学模型;采用局部线性化将机器人在控制系统平衡点附近近似为线性定常系统;基于其线性模型选用线性2次型调节器对机器人进行控制,控制器保证机器人在平坦路面上运动时保持车体竖直并使座椅在某一固定位置上;采用开放动力学引擎仿真和Matlab仿真对控制系统进行数值验证.仿真结果表明：2种不同仿真环境下具有相同的仿真结果,验证了所建立动力学模型的正确性和控制方法的有效性.     

基于滑动扇区的马尔科夫跳变系统的变结构控制

针对一类带有不确定性的马尔科夫跳变连续时间线性系统,给出一种基于滑动扇区方法的变结构控制策略,该控制策略能够实现闭环系统二次稳定.首先给出马尔科夫跳变系统的滑动扇区的定义,进一步给出一种基于线性矩阵不等式(LMI)技术的滑动扇区的设计方法,并通过理论证明设计的控制律能够使得马尔科夫跳变不确定系统二次稳定.数值仿真算例验证了控制方案的有效性.     

自学习策略和Lévy飞行的正弦余弦优化算法

针对正弦余弦算法（SCA,sine cosine algorithm）局部搜索能力差的缺陷,提出自学习策略和Lévy飞行的正弦余弦优化算法（SCASL,sine cosine optimization algorithm with self-learning strategy and Lévy flight）。首先,提出正弦余弦算法自学习策略和非线性权重因子,使搜索个体记忆自身历史最优位置,在寻优过程中指导搜索个体更新位置,提高SCA的局部搜索能力;算法寻优后期,当搜索陷入局部最优时,采用基于Lévy飞行的停滞扰动策略使算法跳出局部最优,提高SCA的局部最优规避能力。基于13个经典基准测试函数对算法性能进行测试的实验结果表明,SCASL相比标准SCA和较新的优化算法SSA,VCS,WOA,GSA,具有更高的计算效率,收敛精度以及更强的局部最优规避能力。求解无人作战飞机航迹规划的仿真结果表明,在有6个敌方威胁源的战场环境中,相比SCA,SCASL求解得到的飞行航迹具有更小的航迹代价。综上,所提出的SCASL具有较强的寻优能力。     

基于动态反馈神经网络的复杂系统预测控制

在分析基于动态反馈神经网络(DRNN:Dynamic Recurrent Neural Network)的模型预测控制策略的基础上,为改善Elman网络辨识高阶系统时的计算复杂性,采用具有局部动态反馈特性的Elman网络进行线性系统状态空间模型的在线辨识.基于跟踪器型性能指标的预测控制器对系统进行滚动优化,并对动态反馈神经网络逼近状态空间模型进行了证明.对过程控制装置三容系统进行了仿真研究,通过离线训练方式获得网络初值的选择.仿真结果表明,此算法能使系统的输出保持期望轨迹,并能有效处理系统本身的输入、输出约束条件.     

多维地震激励下空间结构MR阻尼器半主动控制

基于LQR算法提出了大跨平板网架结构的空间最优控制力的计算方法，并应用磁流变（MR）阻尼器对大跨平板网架结构的多维地震反应进行振动控制．分别采用半主动控制和被动控制策略，数值仿真了一空间网架结构在三维天津波和El-Centro波激励下的受控地震反应，并对各种控制策略的控制效果进行了比较分析．结果表明，应用MR阻尼器能使大跨平板网架结构的地震反应得到有效控制，同一种控制策略对不同地震激励的控制效果不同；采用半主动控制策略时，结构水平位移和加速度幅值的控制效果可达66．4％和47．5％，其均方根值的控制效果可达80．4％和72．9％；采用被动控制策略时，结构水平位移幅值及其均方值的控制效果也可达到23．7％和33．8％．因此所提出的确定空间最优控制力的方法是有效的．     

基于ABAQUS考虑钢筋影响的 混凝土构件收缩徐变分析

基于CEB-FIP(2010)模型采用MATLAB拟合徐变曲线,通过ABAQUS分析软件二次开发了收缩徐变计算程序。在参数验证的基础上,模拟计算了素混凝土及钢筋混凝土柱、单层三跨框架梁在不同参数影响下考虑徐变和收缩影响的竖向变形,提出了考虑钢筋影响的变形折减系数并分析了其影响参数,拟合了不同影响因素下柱的折减系数公式。结果表明:柱的尺寸、混凝土强度与折减系数为二次曲线关系,湿度、配筋率与折减系数为线性关系,轴压比对折减系数影响不大;梁的截面高度、混凝土强度、配筋率与折减系数为二次曲线关系,湿度与折减系数呈线性关系,梁上线荷载大小对折减系数影响不大;折减系数公式能很好地考虑钢筋对混凝土收缩徐变的影响。