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.     

倾转旋翼机前飞时机翼/短舱/旋翼耦合系统气弹稳定性分析

倾转旋翼机是一种具有普通直升机垂直起降与空中悬停能力,又兼备螺旋桨式固定翼飞机高速远程巡航能力的新型飞行器.由于旋翼与机翼之间复杂的动力学耦合关系,在前飞状态下系统的动力学稳定性随着前飞速度的提高而降低,从而限制了倾转旋翼机飞行速度的提高.针对机翼具有弹性弯扭耦合特性的倾转旋翼机系统,建立了其前飞时机翼/短舱/旋翼耦合系统的气弹稳定性分析模型.利用Boeing试验模型的参数对倾转旋翼机前飞状态下的气弹稳定性进行计算,分析了机翼弹性弯扭耦合特性对气弹稳定性的影响.结果表明,机翼向上弯曲引起前缘低头的弹性弯扭耦合特性可以显著提高机翼垂向模态的失稳速度,而机翼向前弯曲引起前缘低头的弹性弯扭耦合特性则对提升机翼弦向模态的失稳速度非常有利.     

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.     

弹性飞机阵风响应建模与减缓方案设计

基于非定常气动力有理函数拟合方法建立时域连续阵风响应方程,基于非定常气动力有理函数拟合和傅立叶变换的混合建模方法建立时域离散阵风响应方程.在时域连续和离散阵风响应方程的基础上,设计3种不同的阵风减缓控制方案并进行对比分析.方案1采用俯仰角速率、翼梢加速度和质心加速度作为反馈信号,副翼和升降舵作为控制面;方案2采用迎角传感器采集的信号替换方案1中的俯仰角速率信号;方案3采用扰流片替换方案1中的副翼.相关计算结果表明：弹性飞机质心处过载和翼根弯矩主要受刚体模态的影响,弹性飞机翼尖处过载主要受飞机弹性模态的影响.控制方案1,2,3均能达到阵风减缓的目的,但采用扰流片作为控制面的控制方案3的减缓效果不如控制方案1和2的减缓效果.     

基于POD-Observer技术的非定常气动力建模方法

基于本征正交分解（POD）结合观测器（Observer）技术,发展了一种新的适合于气动弹性分析的非定常气动力降阶方法.通过全阶系统行为的样本采用POD方法导出一组流体模态.将POD训练的全阶响应投影到流体模态上,得到模态幅值的响应时间历程.经由deadbeat观测器处理,这些训练数据用于识别模态幅值动态系统的Markov参数.采用特征实现算法基于上述的Markov参数构建系统的状态空间模型.算例选取了亚声速流场中的二维翼型系统.结果表明降阶模型复现了全阶系统的主要动态特性,极大缩减了原系统的自由度数量并且显著提高了计算效率.     

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.     

应用MDDES的飞行器气动／结构耦合抖振数值模拟

严重分离流动非定常效应是造成现代飞行器发生抖振的主要因素,因此,准确模拟飞行器分离流动是开展飞行器抖振研究的基础．本文在综合考虑现代计算机资源以及分离流流动模型可信度的基础上,建立了基于MDDES（Modified Delayed Detached Eddy Simulation）的分离流非定常数值模拟方法,通过对典型的战斗机大攻角分离流模拟计算,对计算方法进行了验证．在此基础上,综合利用RBF径向基函数技术与无限插值方法建立高效的、鲁棒性强的动网格技术,结合模态空间下结构动力学方程,建立了飞机气动／结构耦合抖振数值模拟平台,对某战斗机大攻角下边条涡干扰引起的垂尾抖振问题开展研究．数值结果显示：通过对流场中涡破裂位置的压力脉动的时域响应进行的频谱分析表明,不同尺度的涡结构脉动频率覆盖了垂尾的结构固有模态频率,相比较雷诺平均Navier-Stokes方程,MDDES方法能够分辨出更细致的、更高频率的小尺度涡结构;与颤振明显的区别,各阶模态位移加速度响应由自身模态所主导,一阶弯曲与一阶扭转模态存在强烈的耦合,使结构产生加速度,承受较大的惯性力载荷冲击,是引起结构疲劳的主要因素,验证了所采用数值手段和相应方法的有效性．     

复杂构型细长体飞行器大迎角气动不确定性机理研究

细长体飞行器在大迎角绕流时,一般存在非对称分离的问题.对带三组翼面的细长体飞行器模型,通过在自由来流中加入随机脉动,开展了大攻角横侧向气动力不确定性的数值模拟研究.基于流场结构的物理分析表明,横侧向气动力的不确定性来源于弹身非对称分离涡对扰动的高度敏感性.基于这一认识,进一步分析了不同布局飞行器气动不确定性差异的原因及其随迎角的变化规律.最后,根据地面模拟与实际飞行条件的差别,模拟了快速拉起动作和突发短暂的大气扰动等非定常现象对飞行器气动不确定性的影响.结果表明,该飞行器在实际飞行时,气动不确定性比静态结果小很多,应该能够实现可控的机动飞行.     

大展弦比飞机几何非线性气动弹性稳定性的线性化方法

基于动力学小扰动假设建立了具有大展弦比机翼柔性飞机的全机几何非线性气动弹性稳定性分析的线性化方法和工程求解流程,并通过复杂算例验证了该方法的工程适用性.对某高空长航时无人机,计算了飞机在平飞设计载荷以及阵风载荷作用下的非线性静变形,在对应的非线性平衡态下对全机进行动力学线性化,计算了考虑静态大变形因素的全机固有振动特性,采用偶极子格网法计算了非定常气动力,进一步分析了全机的气动弹性稳定性,并与传统线性计算结果进行了对比研究.计算结果表明,由于结构大变形引起的几何非线性会引起机翼面内弯曲和扭转的运动耦合,改变相应模态的频率和振型,从而影响气动弹性耦合关系,降低颤振临界速度.传统的线性方法不但不能得到准确的颤振临界速度,而且有可能给出错误的稳定性结论.因此,对于具有大展弦比机翼的高空长航时无人机,以及类似的大柔性飞行器,必须在其设计过程中进行几何非线性气动弹性稳定性分析.     

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.     

混凝土坝小样本安全监控模型研究

混凝土坝安全监控模型研究一直是大坝安全监控领域中的热点和难点,本文将混凝土坝结构性态的演变作为一个动态过程,针对混凝土坝安全监控模型中监测数据较少、自变量因子间相关性较强的问题,结合混凝土坝结构性态转异诊断的Bootstrap法和偏最小二乘回归分析方法,建立了混凝土坝小样本安全监控模型.将其应用到某混凝土重力坝水平位移的分析当中,结果表明,混凝土坝小样本安全监控模型的拟合精度更高、预测效果更好、解释更加合理,研究成果为混凝土坝安全监控分析提供了科学依据.     

空化螺旋桨非定常粘性流场特征分析

基于粘性多相流理论,在均匀入流条件下,利用混合网格和滑动网格数值求解非定常纳维-斯托克斯（N-S）方程和空泡动力学方程来预报螺旋桨尾流场压力、速度和蒸汽体积分数.螺旋桨片空化、毂涡空化、尾流场梢涡空化和压力等的数值计算结果与相关实验一致.预报的尾流场压力信号叶频和轴频等特征与螺旋桨模型及设定参数一致.叶频信号的衰减速度随着进速系数和空化数的减小而增加.梢涡空化对近尾流场压力波动具有重要作用.     

四轮转向车辆分数阶控制方法研究

四轮转向系统(4WS)可根据前轮转向和车辆的状态通过后轮的转向提高车辆转弯能力, 同样, 利用这一转向系统可以改进车辆的横向稳定性和操纵性能. 当前轮转向相同时四轮转向车辆的转弯半径大于两轮转向, 而且普通的控制方法不考虑前轮转向的动态过程影响. 本文利用分数阶导数理论提出一种新的四轮转向控制方法, 其不仅考虑前轮转角和横摆角速度的大小, 而且也考虑到转向角速度的影响. 同时也给出控制方法的一些设计方法, 数值计算结果验证了该控制方法的有效性. 通过对两轮转向和四轮转向的转弯车辆的侧偏角、车辆绕质心的横摆角速度和转弯半径等动力学和运动学特性的计算结果比较, 本文的控制方法对四轮转向车辆在转向过程中的瞬态响应有所改进, 并减小了转弯半径.     

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...     

网络蠕虫扩散中蠕虫和良性蠕虫交互过程建模与分析

良性蠕虫(Antiworm)和蠕虫(Worm)的交互过程应当被看作一个动态过程. 文中首次尝试研究良性蠕虫的引入是如何影响蠕虫的扩散过程的, 并使用常微分方程建立了一个SIAR模型来描述蠕虫和良性蠕虫的交互过程. 虽然模型是一种理想情况下的, 但它演示了蠕虫和良性蠕虫间的一些非线性交互而产生的多种不同的响应. 以Blaster/Nachi为例, 给出了对实用的良性蠕虫系统的一些设计分析. 就目前知识而言, 尚未发现有相关的模型能描述良性蠕虫在网络蠕虫扩散中的动态特征, 这是了解蠕虫和良性蠕虫交互过程的首次尝试.     

基于人工免疫响应的线性系统逼近

提出一种基于人工免疫响应的线性系统逼近算法．给出了人工免疫响应的四元组模型，为免疫响应过程建立了一个可用于工程计算的数学模型；设计了克隆选择、免疫记忆和免疫调节等具体操作，模拟了抗体克隆选择、免疫记忆、基因免疫、免疫耐受等现象，实现了人工免疫响应的记忆学习，基于抗体群的随机状态转移过程，证明了新算法具有全局收敛性．基于两个典型的稳定或非稳定线性系统逼近问题的数值试验表明，无论在固定的区间内搜索还是在动态扩展的区间内搜索，人工免疫响应算法都能得到线性系统的最优逼近模型，算法是有效的。     

混凝土坝裂缝转异监控模型研究

融汇裂缝安全监控理论及其转异诊断方法建立了混凝土坝裂缝转异监控模型,重点研究了裂缝长度对裂缝口张开位移的影响。基于虚拟裂缝模型的基本假定,对混凝土坝裂缝的扩展过程进行了线性假设;通过动力学结构突变和统计学模型突变的检验方法获取混凝土坝裂缝的转异点;把对转异监控模型的求解转化为极值优化问题,并利用粒子群优化算法进行解答,据此完成了对混凝土坝裂缝转异监控模型的建立及求解.文末以某混凝土重力坝105m高程的典型裂缝为例对所提出的转异监控模型进行了验证。     

地震激励下深水桥墩的随机振动分析

深水桥墩属于一类浸没在深水区域中的细长结构,在地震激励下不能忽略动水压力效应以及非线性效应,又鉴于地震激励的随机特性,因而地震激励下深水桥墩的动力学问题可归结为一个非线性随机振动问题,需开展非线性随机振动研究.为此,本文首先建立深水桥墩的非线性随机动力学模型,包括:将桥墩简化为固定在岩石地基上的悬臂梁;采用Kanai-Tajimi过滤白噪声模型模拟地震动加速度过程;利用辐射波浪理论描述动水压力以及凯恩方法推导深水桥墩系统的运动方程.随后,运用标准随机平均法将系统运动方程近似为关于幅值的平均伊藤方程,建立并求解相应的FPK方程以获得该系统的近似稳态概率密度函数.最后,分别考察了激励强度,质量比以及浸入比对系统稳态响应的影响,并采用蒙特卡罗模拟验证理论解析解的有效性.结果表明:理论解析解与蒙特卡罗模拟结果相当吻合,理论解析解具有较高的精度;激励强度的增强、质量比的增加以及浸入比的提高均会对桥墩的稳态响应产生负面影响,即放大了系统的响应;动水压力效应降低了质量比对系统响应的影响程度;桥墩内域水体的存在也会放大系统响应,且这种影响会随着浸没比的增加而增加.本文的研究结果对于深水桥墩的抗震优化设...     

基于高阶面元法与模态法的静气动弹性分析方法

建立了一种基于高阶面元法与模态法的静气动弹性分析方法，并基于此方法对弹性机翼进行了静气动弹性分析．基于机翼几何实体模型建立了三维气动力模型，利用高阶面元法计算气动力，通过模态法实现气动与结构的耦合，以AGARD445．6机翼和一个小展弦比机翼为研究对象，分析了机翼结构弹性变形对气动力的影响．本文重点研究了机翼的气动力系数、翼根载荷、结构变形、不同展向位置的压力分布等参数的变化趋势，并将部分结果与风洞试验、基于风洞试验气动力所得弹性结果进行了对比．结果表明：高阶面元法计算所得气动力具有较高的精确性；基于高阶面元法与模态法的静气动弹性分析方法具有可行性、可靠性和高效性，可以提供较为全面的静气动弹性数据为飞机初步设计参考．     

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.