直升机旋翼桨叶动态失速控制

建立了利用桨叶后缘小翼的受控运动对直升机后行桨叶动态失速进行控制的有效方法.桨叶剖面气动载荷采用Leishman-Beddoes二维非定常动态失速模型,后缘小翼剖面气动载荷采用Hariharan-Leishman二维亚音速非定常模型,建立了带后缘刚性小翼的弹性桨叶动态失速分析模型.采用气弹分析方法以及伽辽金和数值积分相合的方法,在高载高速的情况下,求旋翼系统的气弹响应.给出了后缘小翼用于控制桨叶动态失速的机理.数值分析表明,在相同的飞行条件下,后缘小翼的合理偏转,可延迟后行桨叶动态失速的发生.     

一种改进的前飞时倾转旋翼机非定常气弹动力学模型

倾转旋翼机前飞时,旋翼会处于复杂的非定常气动力环境中,但现有的倾转旋翼机前飞气弹稳定性分析模型主要采用准定常片条理论对旋翼的空气动力载荷进行气弹动力学建模,气弹稳定性分析结果与实验值存在明显误差.本文采用ONERA非定常气动力模型进行旋翼气动力建模,并考虑翼型压缩性和失速的影响,建立了倾转旋翼机前飞时的非定常气弹动力学模型.根据NASA试验模型参数,本文计算了系统各模态频率和阻尼比随前飞速度的变化,计算结果相对于现有理论模型更接近试验数据,表明本文建立的非定常气弹动力学模型可以比现有模型更准确地描述倾转旋翼机的前飞气弹稳定性.     

倾转旋翼机在转换飞行时的旋翼尾迹弯曲非定常动态入流模型

倾转旋翼机在旋翼倾转过程（即转换飞行）中的气动力、动力学响应及气弹耦合问题异常复杂. 传统的准定常假设模型已经不能反映旋翼倾转过程中的非定常气动问题, 基于涡流理论的CFD方法虽然能够得到较好的结果, 但需要耗费大量的计算资源. 本文以直升机的Peters-He旋翼动态入流模型为基础, 首先建立了倾转旋翼机的旋翼尾迹弯曲动态入流模型, 然后结合ONERA非定常气动力模型, 建立了一个倾转旋翼机在旋翼倾转过程中的旋翼尾迹弯曲非定常动态入流模型, 并用孤立旋翼大机动上仰飞行的实验数据验证了本模型的正确性. 采用本文建立的倾转旋翼动态入流模型计算了一个倾转旋翼机模型在旋翼倾转过程中旋翼的动力学响应, 响应规律符合物理解释.     

基于区间的风机系统翼型气动性能不确定性优化

针对样本数据少、信息缺乏的工程问题,研究了一种风机翼型气动性能区间的不确定性优化方法.通过建立区间模型非概率可靠性指标,在Kriging近似模型基础上,构建了稳健性优化模型.并采用了双重优化求解策略进行求解,以提高优化效率.为了提高叶型造型的拟合精度,采用五项多项式方法对翼型各截面进行参数化建模.通过和试验结果进行对比可知,该方法可满足风机气动性能优化精度要求.该方法为风机气动性能优化提供了新的途径,为轨道交通风机系统节能减排的市场实用化奠定了基础.     

小展弦比薄机翼精细化气动优化设计研究

战斗机类小展弦比薄机翼的气动设计,主要考虑机翼的平面形状以及弯扭和厚度修形设计,忽略了机翼翼型的精细化设计,因此气动分析手段一般采用Euler方程结合黏性阻力修正的方法.以某典型战斗机机翼为例,分别使用Euler和RANS方程对机翼的流场与气动特性进行了数值模拟,发现Euler方程无法精确捕捉附面层内的流场结构,证明传统使用的Euler方程已不能满足战斗机机翼精细化设计的需要.对该机翼的翼型进行了气动优化设计,发现翼型的设计对该小展弦比薄机翼会失效,证明这类机翼必须在三维环境下进行多剖面翼型设计.综合FFD参数化方法、稳健的动网格技术、Kriging代理模型和粒子群算法,构建了三维气动优化设计方法.利用该方法对该机翼三个剖面翼型进行了跨音速巡航状态单目标以及跨音速/超音速巡航状态多目标精细化化设计,优化设计后机翼的气动性能得到很大的提高.     

可变后缘弯度机翼柔性蒙皮的刚度需求分析

建立了柔性蒙皮在气动载荷作用下的变形分析方法.翼型压力分布计算采用面元法,结构分析采用有限元方法.在此基础上,计算了柔性蒙皮在气动载荷作用下的变形情况以及变形对气动力的影响.数值结果表明:后缘部分的柔性蒙皮在气动载荷作用下被"吸"成鼓包形状;同时,翼型上表面压力在"鼓包"位置出现比较大的变化.采用Jacobs的蒙皮形变准则(蒙皮的最大形变量小于弦长的0.1%),计算和分析了可变形后缘弯度机翼对柔性蒙皮的刚度要求.计算结果表明:对于可变后缘弯度机翼而言,增大蒙皮弯曲刚度和拉伸刚度的比值可以减小蒙皮结构对拉伸刚度的要求.柔性蒙皮的最大形变量是随着其拉伸刚度的降低而增加,但增加的幅度取决于蒙皮弯曲刚度的大小;当蒙皮弯曲刚度大于某个值时,蒙皮的变形量由弯曲刚度来控制,拉伸刚度不在起作用,这对柔性蒙皮的结构设计具有重要的指导意义.     

基于FLUENT的NA63A系列翼型气动特性对比分析

利用计算流体力学软件FLUENT6．3．2对在风力发电领域应用较为广泛的NA63A系列翼型的外部流场进行数值模拟,采用Spalar-S．Allmaras湍流计算模型求解该系列翼型在不同攻角下的压力、速度分布。进而对NA63A系列不同翼型在相同攻角下以及网种翼型在不同攻角下的气动特性进行对比分析并总结规律,为该类翼型的性能研究提供了一定的理论依据。     

一种集成通用高超声速飞行器气动工程预测系统

本文建立了一种面向高超声速飞行器的集成通用气动预测系统.通过引入CAD/CG建模技术实现了复杂飞行器3D几何模型的快速准确建模,并可以利用网络上的共享模型资源直接计算.引入FEM技术和自由网格生成算法,实现了复杂飞行器模型的快速网格生成.设计并开发了通用面元几何分析程序,建立了外法线快速矫正方法.基于面元气动分析理论开发了面元气动分析求解器,实现了面元气动计算和整机气动参数整合,能计算飞行器的气动力、力矩和气动导数.通过软件集成调用技术,将几何建模、面元划分、面元分析、面元气动计算以及后处理集成在统一的软件系统中,实现了高超声速飞行器气动参数的全自动计算与分析.HTV-2和航天飞机的仿真计算结果表明了该系统的有效性.     

基于广域瞬时量测信息的复杂受端电网动态频率量化评估与预警方法研究

在深入研究电力系统动态频率响应过程的基础上,提出了一种基于广域瞬时量测信息的复杂受端电网动态频率量化评估与安全预警方法.基于电力系统简化频率响应模型（SFR）的基本特征,定义了一种仅依赖于扰动初始时刻量测信息的量化评估指标,该指标物理意义清晰,指标数值能够客观的反映系统动态频率的安全状态.本文提出的量化评估指标具有单调性和平滑性较好,计算简单且易于实现等优点.多机系统算例仿真计算与分析结果论证了指标的可行性和有效性.     

天问一号火星探测器气动热防护系统设计与实现

本文采用基于热解层模型的烧蚀热响应计算方法,对轻质防热材料的烧蚀机理进行分析,预测了防热材料在火星气动热环境下的烧蚀、热解及传热特性.开展地面风洞试验设计,获取了多状态下的防热材料烧蚀数据.通过与地面试验数据的比对分析,对烧蚀传热计算模型中的不确定性参数进行了修正,最终确定了气动热防护系统的设计状态.飞行任务表明,天问...     

考虑盐岩蠕变的盐穴储气库地表动态沉降量预测

将盐穴储气库地表沉降量计算分为造腔和存储两个阶段进行研究,考虑了盐岩蠕变性的影响,采用扩展形式的Gaussian曲线表示沉降区形状,建立了盐穴储气库地表动态沉降量计算模型,并推导出相应的地表动态沉降量计算公式.采用本文模型、Schober＆Sroka模型、Fokker模型和FLAC3D对某盐穴储气库地表动态沉降量进行了模拟计算,分析了盐穴储气库的造腔速率、内压、埋深、直径、高度和时间等因素对盐穴储气库地表动态沉降量的影响,并对比了计算结果.计算结果表明：本文模型考虑到盐岩蠕变性特征具有较高的计算精度,可以满足实际工程计算精度要求;盐穴储气库地表动态沉降量随着造腔速率、埋深、直径、高度和时间增加而增加,随着内压增加而降低;内压、埋深、直径和时间对盐穴储气库地表动态沉降量影响比较显著,而造腔速率和高度对其影响不显著.     

大变形飞机配平与飞行载荷分析方法

提出了一种可同时考虑结构几何非线性效应曲面气动力效应的大变形飞机静气动弹性配平和载荷分析方法.该方法利用三维曲面涡格法计算大变形飞机的曲面气动力,引入非线性结构有元计算方法考虑结构几何非线性效应,采用曲面样条插值方法解决气动/结构耦合问题,然后结合全机在变形构型下的刚体运动平衡方程进行柔性飞机大变形状态气动/结构耦合情况下的静气动弹性配平迭代求解.以某常规局大展弦比柔性飞机半展长缩比模型为例,应用该方法对其纵向静气动弹性配平特性及飞行荷进行详细的分析与研究,并与MSC Flightloads线性方法的计算结果进行了对比.分析结果表明结构变形较小时,本文非线性方法和线性方法的计算结果吻合较好.而当结构具有较大变形时,由于线性方法无法考虑气动力曲面效应和结构几何非线性效应故不再适用,而本文出的非线性方法可对大柔性飞机在大变形构型下的配平特性作出较为准确合理的预测,并可满足飞机设计各个阶段的工程应用需求,完成考虑结构几何非线性静气动弹性配平特性的多轮次快速分析.     

风力机翼型气动参数影响分析及叶片粗糙敏感性评价指标探讨

水平轴风力机叶片表面特别是前缘粗糙度增大会导致叶片气动性能的下降和风力机输出功率的减少,因此粗糙敏感性是叶片设计必须考虑的一个重要因素.但是如何评价叶片粗糙敏感性,目前尚无统一的标准.本文从理论和实际出发,分析了翼型气动参数对叶片气动性能的影响,得出了翼型升力系数是风力机输出功率和轴向推力的主要影响参数,并提出了变桨型水平轴风力机叶片各区段翼型的粗糙敏感性评价指标,即是在定桨调速区,无反馈运行情况下,叶片外侧翼型应以升阻比和升力系数,叶展中区和叶片内侧翼型应以升力系数作为粗糙敏感性评价指标;有反馈运行的情况下,叶片外侧翼型就应以最大升阻比和设计升力系数,叶展中区和叶片内侧翼型以最大升力系数作为评价指标;而在变桨定速区,当变桨可以保证达到额定功率时就无需考虑粗糙度的影响.     

液体火箭增压输送系统多学科动力学研究

通过多学科动力学建模方法研究,首先建立了平台供气系统机械、气动与控制动力学特征模型,并对不同工况下系统动态性能进行数值仿真,着重研究调压压力、系统阻尼、充压方式、管路特性等对系统动态稳定性的影响,为系统动态稳定性分析及稳定性改进提高提供指导;最后结合某型号飞行过程中增压系统故障问题,建立了冷氦增压系统机械、气动、电磁、热与控制多学科动力学仿真分析模型,通过系统流量及压降分析进行故障定位,进一步探讨多学科动力学仿真在增压输送系统中的应用.     

基于参数平均的防冰热载荷计算方法

提出了一种通过参数平均计算防冰热载荷的集总参数法,该方法通过计算流体力学中的欧拉两相流模型计算过冷水滴的撞击特性和总水收集量,采用附面层积分法和热流法获取表面对流换热系数并进行平均,在防护区域内以表面平均温度为输入条件,整体考虑水滴蒸发量和撞击量,对参数进行集总求解,直接求解完全蒸发防冰热载荷。相比传统微元方法,该方法能减少避免计算迭代,效率更高。通过对某机翼翼型的防冰热载荷计算结果的对比,本文方法误差较小,满足工程要求。     

高超声速非平衡气动加热试验及数值分析研究

高超声速非平衡流动气动加热的精确预测是当前高超声速飞行器热防护设计面临的难点和热点问题.设计了外形简单的球柱测热模型,采用表面溅射金Au和二氧化硅SiO_2的方法改变了模型和塞式量热计表面的催化特性,并在电弧风洞中开展了高超声速非平衡流动气动加热试验,获得了近完全催化壁及近非催化壁两种条件下模型表面的气动加热数据.通过和数值模拟结果对比分析,对高温化学非平衡气动加热的数值预测方法进行了验证,结果表明:表面材料的催化特性对非平衡气动加热有显著影响,测热模型的球面上催化效应影响明显,完全催化热流要高于非催化热流,而柱面上催化效应较弱;数值模拟得到的不同壁面催化条件之间热流差异大于地面试验结果;计算结果与试验结果相比,完全催化壁热流相差在5%以内,完全非催化壁热流相差超过10%.     

合成射流环量控制翼型增升技术

研究采用合成射流代替传统吹气式环量控制翼型增升技术,将其应用于控制NCCR1510-7067N翼型的环量,采用商用软件Fluent求解二维非定常Reynolds平均NavierStokes方程组,通过分析零度攻角下翼型的气动力特性、漩涡结构等,研究了合成射流翼型环量控制的机制和效果.结果表明采用合成射流可以有效实现对翼型的环量控制,射流吹程和吸程均可以有效推迟翼型后缘分离点,增加翼型环量.在本文研究中,零度攻角下合成射流的增升效率C/C=114,远高于传统吹气式环量控制的增升效率12.1.     

基于天然气动态模型的电-气耦合网络稳定控制策略研究

随着终端能源系统的快速变革,天然气网络与电力网络的耦合程度日益增加,燃气机组可快速响应可再生能源出力的不确定性,同时也将引起天然气网络状况的巨大波动.因此,本文针对电-气耦合网络的相互作用,提出了有效的模型和方法对其进行动态分析.首先,对偏微分方程模型进行改进,使其能够有效反映天然气管道的端口特性.该线性模型显著地减小了传统模型的复杂度与计算量,更适用于电-气耦合网络的在线分析计算.在此基础上,计及压缩机的动态特性,提出了基于可变压缩比的电-气耦合网络稳定控制方法,保证电-气耦合网络的安全稳定运行.最后通过仿真算例,验证了所提模型的准确性和控制方法的有效性.     

基于不同啮合刚度计算模型的直齿圆柱齿轮传动系统动力学特性研究

针对直齿圆柱齿轮传动系统,建立了3种齿轮传动系统动力学仿真计算模型,即:基于"切片式"齿轮啮合刚度解析计算方法的齿轮传动系统动力学模型、基于SIMPACK 225号力元建立的齿轮传动系统动力学模型和基于有限元方法建立的齿轮传动系统动力学模型,对比分析了3种模型在高速和低速工况下计算获得的啮合力和动态传递误差.研究结果显示:高、低速工况下,3种模型的计算结果吻合良好.基于"切片式"齿轮啮合刚度解析计算方法的齿轮传动系统动力学模型计算获得的动态传递误差与基于有限元法的动力学模型计算结果更加接近.因此,综合考虑计算精度和计算效率,基于"切片式"齿轮时变啮合刚度解析计算方法可更好地应用于齿轮传动系统动态特性分析.     

人工协调场及其在动态不确定环境下机器人运动规划中的应用

针对动态不确定环境下移动机器人运动规划问题, 提出了人工协调场的方法. 建立了协调力, 并设计了协调场能随机器人和环境的状态发生变化, 以克服传统人工势场法在动态不确定环境下所存在的诸如局部极小、抖动等问题. 和传统人工势场相比, 协调场具有二维正交力矢量. 基于协调因子的实时决策模型, 方便并简化了机器人的行为设计, 有效地克服了局部极小. 重点分析了人工协调场的可控性、自适应性、安全性和可达性等性质及其设计, 并实现了移动机器人在动态不确定环境下基于人工协调场的运动规划. 理论分析和仿真实验结果证明了所提方法的有效性.