基于非线性干扰观测器的变几何进气道飞行器自适应模糊控制

可移动唇罩式变几何进气道高超声速飞行器是指飞行器发动机前端设有一个能沿着来流方向前后平移的唇罩,从而能够实现飞行器的最大气流捕获,以提高发动机的机动性能.针对变几何进气道飞行器强非线性以及存在参数不确定性等特点,提出一种基于非线性干扰观测器的自适应模糊控制策略.首先,基于反步思想将变几何进气道飞行器模型分解为速度子系统和高度子系统,并将其转化为严反馈形式控制系统;其次,利用模糊逻辑系统并结合自适应技术在线逼近模型参数不确定项;再次,采用非线性干扰观测器补偿模糊系统逼近误差和飞行器建模误差;最后,通过仿真结果表明所设计的控制器能对飞行器速度和高度参考指令实现准确、稳定地跟踪,并验证了变几何进气道飞行器的优势.     

S弯进气道内流分离数值仿真

在现代战斗机的发动机问题的研究中,S进气道是现代航空战斗机推进系统的一个重要组成部分,进气道内的流场品质会显著影响发动机性能.由于进气道内部流动的复杂性,为进气道内的流动特性优化和改善畸变问题,采用计算流体力学方法,空间离散格式采用二阶精度的高精度数值格式,应用基于Rhie和Chow法则的压力-速度耦合算法来求解雷诺平均的N-S方程,对S进气道内部流场进行了数值仿真,主要对S进气道内部流场总性能和流场发展细节进行了研究.数值计算结果反映出了流场的基本物理现象:出口气体畸变和气流分离的发展.同时也说明了所采用的研究方法是可行的,并为S进气道内部气流分离控制奠定了理论基础.     

冲压发动机进气道堵盖碎块运动仿真研究

整体式冲压发动机进气道出口堵盖大多为可抛易碎式,助推器工作结束后,堵盖会分裂成小碎块随气流进入燃烧室内.碎块在运动过程中,可能与燃烧室壁面发生碰撞,当碰撞严重时,会对热防护结构造成破坏.在非定常流场数值仿真结果的基础上,经过适当地简化,模拟了冲压发动机可抛易碎式堵盖碎块在燃烧室内的运动过程.仿真研究表明,堵盖破碎后大部分碎块会在燃烧室中后部与壁面发生碰撞;离燃烧室头部较近的堵盖破碎后,朝壁面运动的趋势更明显,危害性更大;碎块的运动过程与相对气流的速度密切相关,而与自身受到的重力关系不大;增大气流沿燃烧室轴线方向的速度分量有利于减小碎块对壁面的撞击力;堵盖所用材料的密度及碎块的尺寸对其运动轨迹影响不明显.     

基于混合遗传算法的进气道性能设计与优化

针对冲压发动机前体/进气道的性能优化设计问题,提出基于遗传算法和单纯形法的混合遗传算法。根据均匀分析提供的样本,选取气流折转角为设计变量,阻力系数、总压恢复系数、进气道升压比及三者的组合作为优化目标。通过该文设计的混合遗传算法对不同目标优化结果的比较,表明该混合遗传算法可以广泛用于目标优化,具有较强的适应能力。     

气流方向跟踪仪

前言在发动机地面试验中,通常有两种测量气流角的方法:一是用三孔总压方向管按所测P_1、P_2和P_3值在其速度——方向特性曲线上查取气流角;二是用方向管使P_1=P_3时,探针对准气流方向,探针对原始位置的偏离即所测气流角。由气流方向跟踪仪使P_1=P_3,则可快速、准确的直接测出气流角。与方向组合设计的其它气动参数,如静压、总压和总温在对准气流方向测量时,也能提高测量准确度。对于五孔或球形三元方向管,有气流方向跟踪仪在赤道面上实现方向跟踪后;在子午面上可用上述第一种方法测量俯仰角,使三元方向管的校准曲线简化,达到实用的目的。     

整体式固体火箭冲压发动机转级过程数值仿真

为了研究整体式固体火箭冲压发动机从助推级向冲压发动机级的工况转换(转级)过程,采用双时间步推进方法,求解非定常、三维、有化学反应的Navier-Stokes方程组,得到了发动机进气道/燃烧室一体化流场在转级过程中的变化情况,分析了相关因素对转级过程的影响。仿真研究表明,进气道出口堵盖打开前,进气道内气流保持压力振荡状态,振荡频率主要与飞行高度相关;堵盖打开后,空气与一次燃气进入补燃室掺混并燃烧,过程中发动机内流场发生剧烈的变化;堵盖打开时燃烧室内的压力对于进气道的起动至关重要。上述研究对于整体式固体火箭冲压发动机设计具有指导意义。     

固冲动力导弹纵向通道控制弹机一体化设计

以固体冲压发动机为动力的导弹武器,其弹道规划中应充分考虑发动机工作的经济性以及进气道的安全性,根据实时飞行状态调节燃气流量实现燃料最优控制,同时限制补燃室压强以满足进气道裕度要求。本文,提出了一种基于速度控制策略设计的导弹纵向通道弹机一体化控制系统,建立发动机及导弹控制线性化数学模型,设计控制律并进行数学仿真,仿真结果表明本文设计的纵向控制系统可实现导弹能量管理需求,并对进气道进行保护,满足固冲发动机的使用要求。     

数据驱动交通响应绿波协调信号控制

传统绿波协调信号控制是一种开环控制,无法根据交通需求的变化调整配时方案.为克服传统绿波协调控制的缺点,本文提出一种数据驱动交通响应绿波协调信号控制方法.首先,针对采用混合放行的路网,考虑到排队消散时间以及放行相序对优化结果的影响,给出一种适用于路网的混合放行最大绿波带优化模型;在此基础上,引进排队消散时间相符度指标、相序相符度指标和行驶速度相符度指标,实时评价、更新控制方案,实现非饱和情况下的数据驱动交通响应绿波协调信号控制.仿真研究表明,该控制方法能适应路网交通需求的变化,极大地提高了路网的通行能力.     

一种仿生感觉毛气流传感器

模仿昆虫感觉毛的结构,设计制备了表面对称电极含金属芯PVDF气流传感器SMPF(Symmetric Metal core PVDF Fiber).利用自制的拉制纤维设备,制备了SMPF胚体.在表面涂镀对称电极后,经过高温极化、电极封装等工艺后,成功制备了SMPF气流传感器.基于第1类压电方程和流体力学理论,建立了悬臂梁结构的SMPF气流传感模型,分析了传感器输出信号与纤维长度、气流速度以及气流作用方向之间的关系.将悬臂梁结构的SMPF安置在气流流场中,进行冲击气流测试实验.实验结果表明,SMPF气流传感器的输出信号与纤维长度成非线性关系,与气流速度成平方关系,与气流作用方向成"8"字形关系.实验结果验证了理论模型,表明SMPF传感器能够感知气流的速度和作用方向,具有较广泛的工程应用前景.     

一种智能优化算法解质量评价方法

如何评价智能优化算法在有限时间内所得解的质量, 是计算智能基础研究和工程实践中都亟待解决的问题. 受序优化思想启发, 针对连续优化问题, 提出一种评价智能优化算法解质量的方法. 首先利用聚类方法对解记录均匀化分区, 然后根据适应度值分布计算对准概率作为解质量评价指标. 通过对均匀采样、非均匀采样、粒子群算法和遗传算法的寻优结果进行实验表明了所提出方法的有效性.

     

基于混沌RBF神经网络的汽油机进气流量预测研究

针对汽油机进气流量的多维非线性特性,提出了一种混沌径向基（RBF）神经网络的汽油机进气流量预测模型。证明了汽油机进气流量时间序列具有混沌特性,对采集的原始数据进行相空间重构,利用RBF神经网络对重构后的数据进行训练和预测,并利用混沌算法确定输出层连接权值和隐含层高斯函数径向基中心,使其达到全局最优,加快了RBF神经网络的收敛速度。仿真结果表明,与空气进气流量平均值模型、RBF神经网络预测模型比较,该模型具有更高的预测精度,为精确及时测试汽油机进气流量提供了一种全新的软件测量方法。     

某型涡扇发动机进口空气流量及附面层的测量与计算

航空发动机的空气流量是发动机的重要性能参数,其测量的准确性对航空发动机的设计具有重要的意义。根据以往的发动机进口空气流量的测量和计算经验,采用新型附面层压力组合耙测量发动机进口流场信息,建立了发动机空气流量计算模型,并使用面积分块和附面层修正的方法得到发动机空气流量。试验结果表明发动机中间状态空气流量测量值与设计值基本一致,附面层对空气流量的影响大约为2%～3%,新型的附面层压力组合耙能够丰富且准确地获得发动机进口流场及其附面层的信息。     

某型涡扇发动机进口空气流量测量参数敏感性分析

基于某型涡扇发动机飞行台试飞,以某型涡扇发动机进口空气流量的测量为研究对象;首先建立了发动机进口空气流量计算模型以及相应的误差计算模型,其次采用辨识方法确定了测量参数的敏感系数,最后针对测量参数的无量纲敏感系数随飞行高度和发动机状态的变化进行了分析;分析结果表明:发动机进口空气对测量截面半径最为敏感,其次为主流区总压、主流区总温和主流区总静压差,对附面层位移厚度敏感性较差,且在发动机设计状态附面层对空气流量的影响为3%。     

风流对催化传感器动态响应的影响

动态响应速度是催化传感器的一个重要性能指标。文章基于Fick扩散定理建立了在风流中瓦斯向催化传感器扩散速度的数学模型,并通过实验研究了风流对催化传感器动态特性的影响。研究结果表明,催化传感器的风流速度以及进气口与风流方向之间的夹角是影响催化传感器动态响应的重要因素,影响规律为随着催化传感器的进气口与风流方向之间夹角角度的增加,催化传感器的响应时间增加,响应速度减慢,响应输出值降低;随着风流速度的增加,催化传感器的响应时间减小,响应速度加快,响应输出值增加。     

Laval喷管内高速混合气的流场研究

该文采用有限元分析软件ANSYS对Laval喷管内的混合气流场分布进行了流体动力学的有限元数值模拟,得到了比较直观的混合气流动轨迹。经过计算仿真找到了空气补偿装置的较佳位置,经实验验证发动机油耗降低,尾气排放减少,功率、扭矩增加。获得了所研究流场内流体的流动特性,理论分析与实验结果比较一致,可对发动机尾气排放、电控化油器的技术改造等问题的研究提供参考。     

基于模型的航空发动机湿度影响修正方法研究

深入分析了进气湿度对发动机性能影响机理,分别研究了进气湿度对气体热力学性质和部件特性相似规律的影响.基于叶轮机进出口截面换算流量湿度修正系数与临界状态换算流量湿度修正系数近似相等的原理,改进了部件特性湿度修正方法.利用所研究的湿度修正方法对原有部件级非线性模型进行改进,获得含有进气湿度修正功能的发动机仿真模型.利用国内外文献中提供的数据对模型进行验证,仿真结论表明模型具备较高的湿度修正精度.     

Laminar viscous flow fields in moving curved channels

The laminar steady flow of air through moving narrow deep circumferential grooves on a rotor is studied. Fluid enters the moving grooves from a stationary inlet nozzle with uniform velocity and exits into a stationary diffuser after approximately 150 degrees of rotation. Three dimensional developing velocity profiles and pressure distributions are presented for a variety of operating conditions. Computed overall head-flow characteristics are found to be in relatively close agreement with a simple Poiseuille model where both walls are taken to be moving at the same rate and in the same direction at a velocity different from the entrance velocity.     

低红外特征涡扇发动机性能参数多目标优化设计方法

为了在发动机设计阶段降低涡扇发动机的红外辐射强度,建立了一种外涵引气冷却排气系统高温壁面的优化技术,开展了带外涵引气冷却的低红外特征涡扇发动机总体性能优化设计方法研究。首先,建立了带外涵引气冷却的涡扇发动机总体性能计算模型,并分析了非加力状态下引气量对发动机性能参数的影响;其次,提出了基于序列二次规划算法的设计参数多目标优化方法,优化的目标包括高单位推力、低单位油耗和低红外辐射强度;最后,基于以上模型和方法,对设计点非加力情况下的涡扇发动机设计参数进行多目标优化。研究结果表明,相较于传统的涡扇发动机设计参数选取,带外涵引气冷却的涡扇发动机具有更低的红外特性,并且经过多目标优化后,带外涵引气冷却的涡扇发动机在兼顾低红外特征的同时具有更优的总体性能。     

注射成型弧形流道流场分析

针对在注射成型过程中,注射熔体的均匀程度以及其进入型腔的速度方向对制件的品质会产生很大影响的问题,主要对熔体进入型腔前的流动进行分析.采用弧形流道,用有限差分法离散连续性方程和动量方程,用超松驰迭代法求解离散后的代数方程组,进而求出弧形流道熔体流动的速度和压强分布.结果表明,在弧形流道中,外层熔体可能进入中心层甚至内层,局部有旋涡,内外层熔体有物质和能量交换,所以熔体经过弧形流道后密度和温度场分布更均匀.     

风扇矩阵对冷却模块空气侧流场的影响

基于传统乘用车的单风扇系统,提出5种风扇矩阵形式,利用数值模拟技术分析不同矩阵形式对冷却模块空气侧流场的影响,结果表明：随着风扇数目的增加,冷却模块表面的速度均匀度皆表现出先减小后增大的变化趋势;N=4的风扇矩阵的速度分布均匀性最差,对应通过散热器的空气流量亦最小; N=15的风扇矩阵能够显著提升通过散热器的空气流量,相比原单风扇系统,空气流量提升15.6%。因此,在不降低散热器空气侧换热能力的前提下,采用该风扇矩阵形式能够使冷却系统的能耗降低,提高整车燃油经济性。采用风扇矩阵形式能够减少冷凝器前端的热回流区域,从而降低冷凝器迎风面的平均温度。