基于Von Karman模型的三维大气紊流仿真

为提高飞机飞行动力学系统的仿真逼真度,提出一种新的大气紊流模型,并研究出在实时仿真中的实现技术。改变以前基于Dryden模型的建模方法。对不能直接用于仿真模拟的Von Karman大气紊流模型进行有理化处理,得出逼近于Von Karman模型的新的紊流模型,确定新的滤波器参数,从而在时域内实时生成大气紊流。通过频域上的分析比较和时域的仿真计算。结果表明该模型生成的紊流比以往的Dryden模型更好地符合了大气数理统计特性,并解决了Von Karman的仿真实现问题。数值模拟算法可直接应用于模拟器的空气动力学运动方程,从而使飞机在风场中的模拟更加真实。对模拟器的研制具有实际意义。     

飞行性能仿真中风场模型的研究

为提高飞机飞行动力学系统的仿真逼真度,本文根据实际飞行中的风场类型.重点对影响飞行性能的微下冲气流及大气紊流进行深入研究,提出两种风场的数学模型.其中重点介绍了时不能直接用于仿真模拟的von Kaman大气紊流模型进行有理化处理,改变了以前基于Dryden模型的建模方法.得出逼近于Von Karman模型的新的紊流模型.确定新的滤波器参数,从而在时域内实时生成大气紊流.通过频域上的分析比较和时域的仿真计算.结果表明该模型生成的紊流比以往的Dryden模型更好地符合了大气数理统计特性,并解决了von Karnlan的仿真实现问题.该文的数值模拟算法可直接应用于模拟器的空气动力学运动方程,从而使飞机在风场中的模拟更加真实,对模拟器的研制具有实际意义.     

基于线性迭加法的大气紊流数值仿真

在大气紊流系统优化的研究中,当前普遍采用采用白噪声通过成形滤波器来得到紊流频谱和紊流信号。传统方法对紊流频谱模型进行简化,因而存在模型偏差,仿真精度提高有限。为此提出利用函数线性迭加法,将大气紊流看作无限多个随机余弦函数迭加的随机过程。以Dryden模型和Von Karman为基础,推导出线性迭加法的计算公式,利用谱估计法对这两种方法进行了验证和比较,通过仿真证明线性迭加算法可信可行,不仅精度高于成形滤波器法,而且兼容不同大气紊流频谱模型,通用性更好,为大气紊流的研究提供了参考。     

基于FPGA的大气紊流模拟器设计

为了克服在利用软件模拟大气紊流的过程中所遇到的软件兼容性差和数据传输不方便等缺点,采用FPGA技术,设计了大气紊流模拟器。模拟器以大气紊流Dryden模型为理论基础,将Box-Muller算法与LFSR方法结合,利用Quartus II软件设计了Gauss白噪声生成模块,并利用Dsp builder设计的成形滤波器将Gauss白噪声滤波,从而产生大气紊流信号。通过串口将大气紊流信号实时进行传输。通过使用模拟器进行多次模拟实验,利用Labview和Matlab软件接收模拟器模拟数据并进行分析,发现产生的大气紊流信号符合Dryden模型的相关函数特性,可以模拟各种状态的大气紊流环境,符合设计要求。该模拟器具有使用方便、实时性较高等特点,可以用于单个飞行器飞行环境模拟,具有很高的实用价值。     

舰载机逃逸过程动力学研究

为研究舰载机逃逸过程中的动力学特性,建立了舰载机的六自由度飞行动力学模型.为充分考虑复杂海洋环境的影响,引入了Dryden大气紊流模型、航母舰首紊流模型和航母运动模型,生成了工程化的模拟逃逸环境.在此基础上,分析了紊流速度和紊流速度梯度对飞气动参数的影响,并采用仿真方法模拟了舰载机逃逸的全过程.结果表明,海上复杂环境会影响舰载机正常飞行姿态,加大横向位移和滑跑距离,影响飞行安全.     

大气扰动下无人机输出反馈控制律设计及仿真

针对无人机在飞行过程中容易受到大气环境干扰的问题,干扰主要来自外部扰动,主要研究了大气紊流对无人机飞行过程的影响,建立了基于Dryden模型的纵向小扰动线性运动方程.为抑制大气紊流对无人机运动的干扰,保证飞行过程中飞机的稳定性,应用输出反馈H∞控制算法设计了干扰抑制控制器进行仿真.仿真结果表明,采用的控制方法能够有效的抑制大气紊流对无人机运动的干扰,使飞控系统具有良好的稳定性和鲁棒性.     

大气紊流的数字仿真

为提高大气紊流数字模拟的精度,分析Dryden紊流模型的数字仿真技术,发现仿真中采用的高斯白噪声序列的生成精度是影响大气紊流模拟精度的重要因素.在不改变随机数序列均值、方差以及概率密度特性的情况下,采用双随机交换最小化方法对高斯噪声序列进行白化处理,使得随机数序列的白化程度提高,从而使紊流模拟的精度提高,而且模拟精度受采样间隔的影响降低.采用双随机交换最小化方法对高斯白噪声序列进行改进是提高紊流模拟精度的1种直接有效的手段.     

针对大气紊流改进的飞控系统设计及仿真研究

提出了一种改进的抗大气紊流纵向俯仰姿态保持飞行控制系统设计方法;针对大气紊流频谱,建立了包括大气紊流、舵回路和飞机模型为一体的增广模型;运用LQG/LTR对控制系统稳定裕度的补偿作用,设计了抗素流扰动的飞行控制系统,并加入外环PID控制器,提高了系统的动静态性能;最后通过给飞机模型施加摄动来验证飞行控制系统的鲁棒性;仿真结果表明,用该方法设计的飞行控制系统具有良好的动静态品质和较强的抗大气素流干扰的能力,从而使飞行控制系统具有良好的稳定性和鲁棒性.     

飞行仿真系统数据可视化设计与实现

研究飞行仿真系统结果数据可视化,为验证分析飞行仿真系统结果的正确性,需要对仿真系统输出的飞行性能数据进行实时在线观测并与标准数据进行对比分析。针对飞行仿真系统对飞机飞行数据实时观测的需求,设计了一种可实时观测的飞行仿真数据可视化方案。在建立仿真系统模型的基础上,为了提高系统的可靠性和优化数据结构,提出了新的数据结构和曲线生成算法绘制实时曲线,实现了数据的可视化观测,避免了实时绘制过程屏幕的闪烁和曲线出现的锯齿。并结合飞行仿真特点,利用MapX组件技术加载了具有导航台的全国地图,对传统的电子地图显示进行了改进,实现了飞机在地图上的实时航迹观测。仿真结果表明,系统能够实时观测仿真结果并分析系统误差,实现飞行仿真数据的可视化,并可验证飞行仿真系统的正确性。     

复杂天气下飞行HLA协同仿真系统的研究

在气动扰动影响下,笔者设计了一套数值求解大型飞机飞行的实时联合仿真模型。通过模拟实际飞行环境,用数值模拟方法研究大型飞机在低空大气湍流中的动态响应情况。应用联合仿真平台,既模拟了大气湍流,又经过数值求解计算,得出大气扰动与飞行性能响应的关系,可用来研究各类复杂大气扰动下的动力学分析与实时仿真问题。     

基于动网格的NACA0012翼型动态失速仿真计算

针对翼型动态失速问题,利用动网格技术的数值计算方法,采用转捩修正的SST k-ω湍流模型对NACA0012翼型进行仿真模拟及数值计算,得到翼型升阻力系数随迎角的变化规律以及翼型表面的压力和速度云图。研究表明,动网格技术和所选湍流模型能较好地捕捉翼型动态失速过程中涡流的形成、发展、脱落和再附着的过程,对翼型动态失速的研究提供一定的参考作用,也为民航训练动态失速项目的研究奠定基础。     

湍流效应退化图像的数值模拟和仿真计算

大气湍流干扰空中目标的成像探测,使得观测到的目标图像是严重抖动和模糊的.为了具体分析湍流效应退化图像的特征,总结了光学成像系统的传输特性和湍流流场的统计特性,用随机相位屏对大气湍流效应进行了数值模拟,建立了湍流形成畸变波前过程的仿真模型,对点源目标发出的光波经过湍流流场后,在成像探测器焦面上形成的点源目标图像,计算了短曝光像和长曝光像的光强分布,定义了描述像点弥散和抖动的指标,并进行了定量分析和仿真计算.通过对计算结果进行分析,验证了仿真模型的合理性,并对湍流效应造成的图像退化给出了定量的描述,对进一步进行湍流效应退化图像校正算法研究具有重要意义.     

某型燃气轮机等离子强化燃烧三维仿真研究

为对某型燃气轮机燃烧室性能进行预估,以提供燃烧室优化设计和试验定型的理论依据,对某型燃气轮机燃烧室等离子强化燃烧流场进行了三维仿真。网格在曲线贴体坐标系下进行非结构化划分,湍流模型采用RNG模型,压力一速度耦合的求解采用SIMPLEC算法,得到了燃烧室流场的点火时间、火焰筒壁面温度及流场温度分布、速度分布和物质分布等情况。仿真结果表明,某型燃气轮机的设计基本满足性能要求,但存在一些问题需要在进一步的工作中改进提高。     

GPS模拟器在无人机仿真中的设计与应用

为模拟无人机在真实大气环境下,存在风场干扰以及传感器存在误差条件下的导航控制,设计出一种GPS模拟器,简化了风模型和紊流模型,给出了GPS模拟器的设计思路以及在传感器偏差与常值风干扰下的设计原理;最后利用常值风干扰仿真,验证了风场估计算法的正确性;仿真表明,用矢量三角形估计法将常值风场与传感器误差模型估计出来后得到的风场数据修正航程推算,提高定位精度达到了较好的控制效果;该GPS模拟器可以为无人机仿真系统提供闭环控制条件,能够很好地模拟无人机在真实大气环境中的导航与制导控制,具有一定的实用价值。     

风环境下烟雾的实时模拟

在复杂环境仿真中,烟雾的模拟具有重要的意义.提出一种基于流体力学方程的烟雾模拟方法,并实现了脉动风与烟雾的交互,使烟雾的形态和运动更加逼真自然.采用简化的Von Karman模型建立风场,并引入特征正交分解技术(POD)和快速傅立叶变换技术(FFT)简化其建立过程.利用非粘性不可压缩的N-S(Navier-Stokes)方程描述烟雾运动,并将风场的作用加入到N-S方程中,利用破开算子法和MacCormack法简化N-S方程的求解过程,减少计算量,并保证求解过程在大的时间步长上的稳定性.同时,引入了"漩涡限制",将数值求解过程中的插值耗散补充回流场,增强烟雾的真实性.实验证明,利用本文的方法能够实时高效的模拟出自然逼真三维烟雾效果.     

基于MATLAB实时视窗目标的实时仿真系统设计

在控制系统的设计开发中,传统的开发过程已不能满足市场对产品的快速性和多样性要求,该文提供了一种实现控制系统快速原型开发和实时仿真的新方法。其基本思路是将实时仿真的方法应用于控制系统的开发过程,使控制系统设计、实现、测试和生产准备过程同时进行,以实现产品的快速原型开发。该文中详细介绍了基于MATLAB实时视窗目标的实时仿真系统的构建,并且进一步深入分析了该系统的体系结构和实时机制,最终结合实例给出了相应的实时仿真的开发流程和控制方式。     

火电厂回热加热器全工况建模与仿真

回热加热器的建模是火电厂热力系统仿真的重要组成部分。该文给出了电站不同结构回热加热器动态过程的统一数学描述,建立了火电机组回热加热器动态过程数学模型。该数学模型能够反映回热加热器在全工况和故障工况下的动态特性,避免了用线性方法描述动态过程时由于大工况变动所造成的较大误差,因此具有较高的精度。该模型既可用于火电机组全工况下工程仿真分析,通过合理的简化和假设,又能满足实时仿真的要求,作为电站仿真培训系统的一个组成部分。文中通过仿真试验验证了前述模型的可用性。     

大气扰动下无人机纵向控制律设计研究

针对飞行控制系统设计中的大气扰动抑制问题进行了研究;讨论了Dryden紊流频域模型及时域对应的成形滤波器,建立了大气扰动下飞机纵向运动的小扰动方程;基于H∞控制理论,应用线性矩阵不等式(LMI)方法设计了鲁棒飞行控制系统;以某无人机纵向通道为例,选取全飞行包线内多个特征状态点,对设计的控制器进行仿真实验;仿真结果表明,所设计的控制器具有满意的干扰抑制能力和良好的鲁棒性及动态品质。     

电动汽车负载模拟加载系统

电动汽车的普及和推广对牵引电机的性能提出了新的要求。为了研究电动汽车直流无刷电机（BLDC）在复杂路况条件下的运行性能,提出了一种电动汽车负载模拟加载系统,推导了汽车牵引电机负载数学模型。基于时间等效的缩放思想,用小功率电机代替实际牵引电机作为系统的牵引电机,使该系统具有很好的可实施性。在MATLAB/simulink环境下建立电机和联轴器的仿真模型,负载电机通过联轴器对牵引电机进行实时加载,进而可以分析不同路况下电动汽车牵引电机的动态性能,为实际工程中整车实验提供动力方面的数据参考。