高超声速飞行器自抗扰姿态控制器设计

针对高超声速飞行器无动力再入过程中具有强耦合、气动参数摄动及不确定性的非线性姿态模型,结合自抗扰控制中的扩张状态观测器(extended state observer, ESO)及非线性状态误差反馈律(nonlinear law state error feedback, NLSEF),分别设计了高超声速飞行器内环和外环自抗扰姿态控制器。将不确定性、耦合及参数摄动等干扰作为“总和干扰”利用扩张状态观测器进行估计并动态反馈补偿,再利用NLSEF抑制补偿残差。自抗扰控制器(active disturbance rejection control, ADRC)设计无需精确的飞行器被控模型,也无需精确的气动参数及摄动界限。仿真结果表明,控制系统能够克服干扰及气动参数大范围摄动的影响,在获取良好的动态品质和跟踪性能的同时,具有较强的鲁棒性。     

高超声速飞行器轨迹跟踪控制仿真研究

针对高超声速飞行器纵向模型的快时变、强耦合和高度非线性的特点,在考虑模型不确定性的情况下,采用李导数的方法对某型高超声速飞行器进行输入输出的精确线性化。基于线性化后的模型,提出一种非线性动态逆控制的方法,并对其稳定性进行分析,实现对该型高超声速飞行器的轨迹跟踪控制。并利用Matlab搭建仿真平台,仿真结果显示仿真平台的正确性和控制算法的有效性。     

基于超声脉冲反射回波法的声速设计性实验

基于超声脉冲反射回波法原理,设计了测量超声波声速实验。采用这种方法对液体、固体等不同样品进行测量,得出了合理实验结果。该方法原理清楚,装置结构简单易行,适合作为大学物理设计性实验项目开设。为培养学生创新设计能力提供了一种新的思路及方法。     

煤矿岩体分级定量指标的相关关系研究

文章对淮北临涣煤矿收集的矿井巷道岩石样本进行点荷载、超声声速和抗压强度试验,通过对试验结果的相关分析,说明岩石标准抗压强度与超声声速、点荷载的相关性,得到抗压强度、超声声速和点荷载之间的函数关系式;由测量数据计算岩体完整性系数、岩体体积节理数和岩石质量指标修正的岩芯采取率,并分析其相关关系。     

基于奇异摄动的最优滑翔制导律

针对高超声速滑翔式再入飞行器轨迹优化和制导关键技术,设计了一种新型的最优滑翔制导律.首先,通过对再入飞行器运动学、动力学状态变量变化特点的假定,将其进行三个快慢时间尺度的划分;然后,应用最优控制理论分别求解三个不同时间尺度上的子问题,得到其解析解;在此基础上,基于奇异摄动方法,设计出具有闭环反馈形式的最优滑翔制导律;最后,对所求制导律的有效性进行了数学仿真验证.仿真结果表明:该制导律能在三维空间内导引/再入飞行器朝目标方向最远距离滑翔飞行;该算法得出的闭环解析解满足制导过程中实时计算需求,具有工程应用前景.     

吸气式高超声速飞行器纵向运动反演控制器设计

针对气动/推进/结构耦合的吸气式高超声速飞行器纵向平面飞行控制问题,提出了基于反演的鲁棒控制器设计方法.利用曲线拟合模型将控制系统表示为反馈形式,采用反演方法设计虚拟和实际控制器,并引入鲁棒微分器估计虚拟控制量的导数,解决了虚拟控制量求导运算复杂的问题.为增强控制器应对不确定项的鲁棒性,设计了超扭曲滑模干扰观测器,实现了对系统模型不确定项的估计和补偿.对吸气式高超声速飞行器一体化原理模型的速度和高度指令跟踪仿真表明,该控制器对拟合误差和外加干扰等系统不确定项具有鲁棒性,系统状态量能够在指令跟踪过程中趋于平衡状态,从而验证了所提方案的有效性.     

跨声速离心压气机叶尖区旋涡流动特征

车用增压器高压比的发展趋势,使得跨声速离心压气机叶尖区流动对气动性能影响更为重要.采用三维CFD方法,研究了跨声速离心压气机叶尖区流动对性能的影响.结果表明:额定、近失速和堵塞工况的激波呈现多样性;额定和近失速工况主叶片前缘发出的泄漏涡与相邻主叶片压力面相撞分裂成两支,堵塞工况主叶片的泄漏涡出现在压力面侧;3种工况分流叶片泄漏涡与主叶片的泄漏涡均在同一通道流出叶轮;1/2主叶片弦长之后,3工况的分离旋涡与通道涡的尺度和分布特征基本相同,叶片吸力面与机匣相交的角区形成高损失核心区.对激波结构和旋涡特征的分析有助于认识叶轮内损失分布规律和产生损失的机理.     

气体分析仪比例稀释系统设计

大气分析仪精确度高但量程较小,无法满足对污染源的监测,该文依据临界声速孔理论的原理,推导出临界压力比和临界质量流量公式,设计实验对稀释采样的可行性进行验证,设计稀释系统满足在较复杂的环境下保证稀释比例稳定,稀释比例范围5～200,使大气分析仪能直接用于污染源的监测,并针对不同使用条件提出2种稀释方案,分析由温度、湿度、气压引起的稀释误差.     

超声光栅测量钠光波长的研究

本文介绍了一种新的测量钠黄光波长的方法,并与理论值结果进行了比较。我们对氦氖激光和钠光在乙醇(97%)形成的超声光栅中衍射光谱进行了测量研究,首先计算得到了超声波在乙醇中的传播速度,并分析了温度的影响,然后以超声波波速出发,计算了钠光的波长,得到的结果与标准值相比的相对误差为0.93%。与利用牛顿环干涉装置测量结果的相对误差0.67%有可比性。从实验结果可以说明本方法是一种操作便易,精度高,误差小的方法。     

空化对液体传声特性的影响

在考虑液体粘滞特性对声作用影响的基础上,研究了液体和气泡组成的混合介质中声传播规律.由混合介质中声波的三个基本方程出发,得到了混合介质中与气泡所占混合介质体积比相关的声波动方程,并在此基础上对混合介质中声速和声衰减系数进行理论研究,给出了混合介质中声速和声衰减系数的表达式.结果表明,空化气泡可使声速减小,声衰减系数增大.