几何参数对三维仿生运动翼推进性能的影响研究

为了研究几何参数对三维仿生运动翼推进性能的影响,基于IB-LBM算法开发了可在天河2号超级计算机上运行的大规模并行求解器。实现过程包括用浸入边界法在翼型表面构造力函数,并通过插值函数将翼型表面的力函数分散到周围流体网格点,然后通过格子波尔兹曼方法进行流体计算,更新速度场。以椭球翼、平板翼、NACA0012翼、长方体翼为研究对象,系统研究了仿生翼的几何形状对推力系数与涡系结构的影响。研究表明:椭球翼表面的涡系结构饱满且距离翼型表面最近,其推进性能最好;NACA0012翼和平板翼的涡系结构类似,推进性能相近;长方体翼由于钝体效应导致涡系结构细小且距离翼型表面较远,其推进性能最差。研究结果表明,在仿生飞行器设计中,应避免采用类似于长方体外形的钝体仿生翼,椭球翼推进性能最佳,但是由于椭球型质量分布导致对仿生飞行器连接部位质量要求较高,可采用推进性能相近的平板翼。     

往复式压缩机管道系统气流脉动的数值与实验研究

通过实验和数值分析研究了两台往复式压缩机并机运行时管道系统中关键部位的气流脉动,根据计算流体动力学(CFD)方法建立了管道系统流体动力学模型,提出了合理的边界条件,分析了层流和湍流两种模型下管道系统中的气流脉动。通过实验数据对比发现,采用CFD方法中的湍流模型计算管道气流脉动比层流模型更加合理,进而研究了3种不同湍流模型下的气流脉动特性和压力不均匀度,结果表明,标准k-ε湍流模型在计算管道系统气流脉动时最为准确,并适用于研究分析不同转速的压缩机并机运行时管路间的相互影响,及各管路中气流脉动随压缩机转速变化的规律。     

多源统计数据驱动的航空发动机剩余寿命预测方法

针对统计数据驱动方法中多变量无法建立退化模型的问题,提出了一种多源统计数据驱动的航空发动机剩余寿命(RUL)预测方法。建立了基于欧氏距离的航空发动机监测信息融合模型,综合多源监测数据以量化发动机健康状态退化过程;构建了基于非线性漂移维纳过程的航空发动机退化模型,推导发动机剩余寿命概率密度函数解析式,实现对发动机剩余寿命的估计。选取C-MAPSS数据集进行仿真实验,结果表明,与已有研究结果相比,所提方法预测结果在确定系数和惩罚得分两项均有所改进。该方法可为其他非线性退化系统的RUL预测提供一定的参考。     

气动弹性系统本征正交分解降阶模型精度的参数影响研究

为了快速分析跨音速非线性气弹系统的颤振边界和响应特性,通过本征正交分解(POD)降阶方法建立了基于CFD的气动弹性降阶模型(ROM)。实现过程包括对非线性定常CFD流场的小扰动泰勒分解,建立基于CFD的全阶线性化模型;再通过POD方法得到流体ROM;耦合结构动力学方程构成基于CFD的气弹ROM。以国际气弹标模AGARD 445.6机翼为研究对象,系统研究了ROM建立过程中初始流场、响应时间步长和样本数据等重要参数对于模型精度的影响,并将ROM应用于颤振边界的预测。研究表明:作为线性化方程建立的定常流场,若收敛性不够,易导致线性化模型不稳定甚至发散;响应计算中,时间步长若选取过大将会导致数值振荡、发散;为捕捉更多的非线性流场特性,系统激励后POD样本的产生需保证足够的数据采集时间;所建立的ROM具有同原始非线性CFD/CSD系统同样的精度,是一个低维度状态空间数学模型,可直接用于系统特性分析和颤振抑制等设计。相比CFD/CSD耦合计算,ROM在计算效率上提高了3~6个量级。     

叶片有限元分析中弹塑性过渡区应力奇异产生原因及解决方法

采用弹塑性有限元法、借助大型商业有限元软件对汽轮机叶片进行应力分析时,弹塑性过渡区应力的计算值有时会高于塑性区应力的计算值,即会产生应力奇异现象。为分析产生这一现象的原因,以8节点六面体单元为例,研究了有限元法计算应力的过程,并在理想弹塑性的条件下,采用有限元法和解析法计算了弹塑性过渡区单元节点应力。研究发现,有限元法通常采用高斯积分点应力值外推插值法得到单元节点应力,当单元一部分位于弹性区、另一部分位于塑性区时,这种外插算法会导致节点应力计算值高于结构的实际应力,甚至超出理想弹塑性材料的屈服极限,从而造成应力奇异。研究表明,在叶片弹塑性的有限元分析中,采用相邻高斯积分点应力加权平均的方法计算单元节点应力,可有效避免弹塑性过渡区应力产生奇异的现象。     

基于GMFM的脉冲涡流检测亚表面腐蚀缺陷成像技术

将磁场梯度测量技术和脉冲涡流检测技术有效融合,集中探究基于脉冲涡流磁场梯度信号的亚表面腐蚀缺陷成像手段及其优势性。首先,采用三维有限元仿真分析了脉冲涡流磁场梯度信号在亚表面腐蚀缺陷成像中的有效性和优势性,模拟仿真结果显示磁场梯度信号对于缺陷边缘的检测具有优势。基于模拟仿真结果,搭建了一套脉冲涡流检测实验系统,通过成像实验比较了基于两类信号的亚表面腐蚀缺陷扫描结果,并进一步研究了该类缺陷的成像技术。成像结果表明采用磁场梯度信号可实现对缺陷边缘的高效成像,基于磁场梯度测量的脉冲涡流检测技术较传统脉冲涡流检测技术,具有高效、高灵敏度的优势。     

存在证据冲突的临近空间飞行器遥测数据相关性评价与融合方法

为了解决单一的相关性分析方法在分析临近空间飞行器遥测数据时存在局限性以及证据冲突问题,在相关系数分析评价与优势组合的基础上,提出了基于支持因子的证据理论融合算法。首先分别利用Pearson相关系数、Spearman相关系数与距离相关系数对遥测数据进行相关性评价分析,表明3种相关系数可优势互补。其次,建立了基于支持因子的证据理论融合算法,实现证据的冲突基本概率赋值函数分配,避免Dempster-Shafer证据理论(D-S证据理论)的一票否决和合成规则失效问题。最后,利用3种相关系数构造相关性证据并开展遥测数据相关性分析实验。结果表明：基于支持因子的证据理论融合方法能使Pearson相关系数、Spearman相关系数与距离相关系数的证据融合更加合理;在证据冲突大的情况下,相比相容系数的证据理论融合方法,相关概率计算结果准确度提高约6.55%,能更有效地处理证据冲突问题。     

一个电化学动力系统中的混合模式振荡

为了研究溴化铟(III)在含有大量硫氰酸钠电解液中扩散电化学系统的电流自激振荡,采用回归映射和庞加莱截面,考察混合模式振荡和混沌现象的动力学状态.根据数值模拟结果得出,电流的时间序列以某一特定序列的形式出现混合模式振荡行为,并且出现了相邻两个周期状态交错出现的周期状态和混沌状态;通过电流的分岔图和周期图,从理论上分析了混合模式振荡行为的有序变化.结果表明:电化学模型呈现出的混合模式振荡行为有着规律的周期性变化,这与现有的文献结果保持一致.     

高效的多特征自适应相关滤波跟踪器

针对基于手工特征的相关滤波跟踪器在快速变形、背景杂乱等挑战性跟踪场景效果不佳的问题,在Staple跟踪器的基础上提出了一种新型的相关滤波跟踪器。结合方向梯度直方图特征与颜色命名特征构建了目标外观模型,增强其对快速变形以及背景杂乱等场景的鲁棒性;设计了自适应评分函数对2种特征进行融合,得到更具有鉴别性的特征;针对不同的特征分别提出了在线更新策略以减小训练过拟合与模型漂移。实验结果表明：该跟踪器在跟踪的准确性与实时性上均有着优良表现。