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相似文献
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1.
高维、非线性气动弹性系统的模型降阶是当前气动弹性力学与控制领域的研究热点之一.然而国内外现有的非线性模型降阶方法仍存在辨识算法复杂、精度有待提高等问题.本研究提出了一种基于非线性状态空间辨识的跨音速气动弹性模型降阶方法.首先,该方法基于非定常空气动力的单位脉冲响应数据,采用特征系统实现算法对非线性状态空间模型的线性动力学部分进行系统辨识.其次,引入状态和控制输入的非线性函数,采用优化算法对非线性函数的系数矩阵进行优化,进而得到考虑非线性效应的空气动力降阶模型.为了验证该降阶模型在预测跨音速气动弹性力学行为的精确性,本文以三维机翼为研究对象,分别从基于非线性降阶模型的气动力辨识、跨声速颤振边界计算和极限环振荡预测三方面进行了算例验证,并与现有的模型降阶方法进行了对比,进一步说明本文所提出方法的有效性.研究结果表明,该降阶模型对上述三类问题的计算精度与直接流-固耦合方法相吻合,可用于高效预测飞行器跨声速气动弹性力学行为.  相似文献   

2.
张家铭  杨执钧  黄锐 《力学学报》2020,52(1):150-161
高维、非线性气动弹性系统的模型降阶是当前气动弹性力学与控制领域的研究热点之一.然而国内外现有的非线性模型降阶方法仍存在辨识算法复杂、精度有待提高等问题.本研究提出了一种基于非线性状态空间辨识的跨音速气动弹性模型降阶方法. 首先,该方法基于非定常空气动力的单位脉冲响应数据,采用特征系统实现算法对非线性状态空间模型的线性动力学部分进行系统辨识. 其次,引入状态和控制输入的非线性函数, 采用优化算法对非线性函数的系数矩阵进行优化,进而得到考虑非线性效应的空气动力降阶模型.为了验证该降阶模型在预测跨音速气动弹性力学行为的精确性,本文以三维机翼为研究对象,分别从基于非线性降阶模型的气动力辨识、跨声速颤振边界计算和极限环振荡预测三方面进行了算例验证,并与现有的模型降阶方法进行了对比, 进一步说明本文所提出方法的有效性.研究结果表明, 该降阶模型对上述三类问题的计算精度与直接流-固耦合方法相吻合,可用于高效预测飞行器跨声速气动弹性力学行为.   相似文献   

3.
建立了基于Kriging代理和递归算法的变厚度翼型气动力降阶模型,将滤波的高斯白噪声作为输入信号,采用计算流体力学(CFD)方法获得不同厚度下翼型的非定常气动力并将其作为降阶模型的训练样本。该降阶模型不仅大大提高了非定常气动力的计算效率,而且其预测得到的非定常响应的精度不低于92.01%。通过蒙特卡洛法的变厚度翼型全局灵敏度分析表明,俯仰运动是影响气动力波动的主要因素,俯仰与沉浮位移的耦合对气动力影响很小。考虑翼型变厚度时对翼面压力及分离点的影响,本文建立了压强系数的降阶模型。通过与CFD结果的对比,得到其精度为99.9995%,验证了降阶模型的正确性和有效性。  相似文献   

4.
对桁架结构系统的模型降阶和主动控制进行了研究。系统模型采用有限元方法进行建模;模型降阶分别采用模态价值分析方法和内平衡降阶方法;控制设计采用最优控制方法。同时详细给出了模态价值分析方法和内平衡降阶方法的降阶过程,并将两者的结果进行了数值对比。仿真结果显示,两种降阶方法均能够有效地对桁架系统进行模型降阶,本文采用的最优控制律能够有效地抑制结构的振动。  相似文献   

5.
捷联惯导系统传递对准误差模型降阶分析   总被引:1,自引:0,他引:1  
针对捷联惯导系统(SINS)传递对准实际工程应用时的降阶建模问题,给出了速度匹配卡尔曼滤波器误差模型的降阶建模过程,分析模型降阶对传递对准误差估计精度的影响,通过将各状态量对滤波估计的影响等效成惯导系统的初始失准角,以量化的方式比较各状态量影响滤波精度的大小,从而为模型降阶提供依据.最后进行了数学仿真及试验验证,试验结果表明模型降阶方法是可行和有效的,降阶模型对失准角及陀螺漂移的估计精度能够达到模型降阶前的精度,达到了预期的效果,而且模型降阶后滤波器的计算量比降阶前减少了85%左右,大大提高了滤波器计算的实时性,满足实际工程应用的要求.  相似文献   

6.
对于大长细比导弹,需要在设计阶段准确计算气动弹性/气动伺服弹性,但其复杂的气动力给计算带来困难,因此气动力降阶模型是突破大长细比导弹跨音速气动弹性分析与控制瓶颈的关键技术.虽然气动力模型降阶方法已在预测二维机翼结构的气动弹性方面取得重要进展,但几乎未见关于全机模型的气动力降阶模型研究报道.本文基于递归Wiener模型的气动力降阶方法,利用CFD计算的气动力作为模型辨识数据,用鲁棒子空间和Levenberg-Marquardt算法辨识降阶模型参数,建立了大长细比导弹气动力降阶模型.在此基础上与大长细比导弹有限元模型相结合,构造出气动弹性降阶模型,并在数值仿真中测试气动弹性降阶模型在不同马赫数下的适用性.数值仿真结果表明,该气动弹性降阶模型能够精确预测导弹模型在不同飞行条件下的非定常气动力和导弹模型的气动弹性频率响应特性.  相似文献   

7.
张伟伟  王博斌  叶正寅 《力学学报》2010,42(6):1023-1033
事先建立一个低阶的非线性、非定常气动力模型是开展非线性流场中气动弹性问题研究的一个捷径. 基于CFD方法, 通过计算结构在流场中自激振动的响应来获得系统的训练数据. 采用带输出反馈的循环RBF神经网络, 建立时域非线性气动力降阶模型.耦合结构运动方程和非线性气动力降阶模型, 采用杂交的线性多步方法计算结构在不同速度(动压)下的响应历程, 从而获得模型极限环随速度(动压)变化的特性. 两个典型的跨音速极限环型颤振算例表明, 基于气动力降阶模型方法的计算结果与直接CFD仿真结果吻合很好, 与后者相比其将计算效率提高了1~2个数量级.   相似文献   

8.
针对网格加筋筒壳结构动力响应分析效率低的问题,本文提出了一种基于本征正交分解技术的模型降阶方法。基本思路是通过静力分析获得原模型的节点位移场并组装成快照矩阵,利用本征正交分解技术提取快照矩阵的主成分作为转换矩阵,实现模型降阶。通过算例对比验证了本文提出的降阶模型具有较高的计算精度及效率,降阶模型的低阶频率计算结果与全阶模型十分吻合,高阶频率误差仅为1.01%,而计算时间为全阶模型的0.03%。最后以自由-固支的网格加筋筒为例,采用降阶模型计算其在不同激励下的振动响应,计算结果与全阶模型非常吻合,降阶模型的单个频响分析的计算效率有显著提升。  相似文献   

9.
气动力降阶模型是研究叶片气动弹性振动快速高效的新方法。现有气动力降阶模型的研究主要集中在叶片颤振方面,没有涉及更为常见的上游尾流激励的叶片振动问题。本文提出基于Volterra级数的尾流激励叶片气动力降阶模型,为尾流激励下叶片振动和动静叶干涉振动研究提供了新的思路。采用行波法简化尾流的参数个数,用阶跃信号法识别降阶模型的核函数。二维叶片的算例结果表明,本文方法可以较准确地描述尾流激励引起的叶片气动力振荡,而且计算效率极高。  相似文献   

10.
安效民 《计算力学学报》2014,31(2):273-276,284
传统气动弹性的时域计算耗费了大量时间,为了提高计算效率,本文发展了基于边界元方法的降阶模型技术。首先基于边界元方法建立非定常流场的求解模型,结合特征值分析技术建立了非定常气动力的低阶模型;然后,利用边界元方法建立了气动网格和结构网格之间的信息转换矩阵;最后将非定常气动力降阶模型和结构动力学方程联合,建立了气动弹性系统的低阶状态空间模型。将所发展的降阶模型方法应用于NACA0012翼型的非定常气动力求解中,结果表明降阶模型可以在保证原系统计算精度的同时提高了计算效率;将降阶模型技术应用到三维机翼的气动弹性响应计算中,在系统阶数仅为12阶的情况下可以得到与原系统一致的极限环响应,说明降阶模型技术在求解气动弹性问题中的巨大优势。  相似文献   

11.
建立了非规则区域的有限分析5点格式,增加了有限分析法对不规则边界的适应性。应用所提出的方法对水利工程中常见的有压和无压流动进行了计算,与实验和前人的计算结果相比较,本文的方法都能得到较为满意的结果。本文的计算格式也可以应用到其他非规则区域的计算中。  相似文献   

12.
A reduced-order model (ROM) is presented based on Fourier method for flow to predict aerodynamic forces of blades subjected to periodic time-varying upstream wakes. In the method, a time-varying wake is decomposed into harmonic waves by fast Fourier transformation. Using the Fourier method for flow and neglecting the cross-coupling between harmonics, the aerodynamic forces caused by the wake are represented by a linear combination of harmonics with the same frequencies as the wake. The coefficients of the aerodynamic force harmonics are interpolated at the per-fitted curves of the normalized Fourier coefficients (coefficients of aerodynamic forces harmonics corresponding to a unit simple harmonic excitation)–frequency relationship. A blade example is used to show the ability of the proposed method. The results indicate that the ROM method can predict the aerodynamic forces of blades caused by wakes efficiently and accurately. The amplitude levels of wakes have a linear impact on the accuracy of the ROM. Neglecting the higher-order cross-coupling between the harmonics in the ROM method is acceptable.  相似文献   

13.
Particle‐based CFD methods are powerful approaches to investigate free surface, multiphase flows, and fluid structure interaction problems because of their ability of tracking moving fluid interface even with huge deformations or fragmentation and merging. However, many fluid interface particle detection techniques are simple to implement but with low accuracy or provide relatively good detection results at complicated implementation cost or higher computational time. In case of incompressible flow simulation methods solving the Poisson equation of pressure, such as the moving particle semi‐implicit method, boundary particles detection techniques' accuracy affects precision and stability of pressure computation and interaction between fluid phases. In the present work, a new fluid interface particle detection technique is proposed to improve the accuracy of the boundary particles detection and keep the implementation easy. Denominated as the neighborhood particles centroid deviation technique, it is a two‐criteria technique based on the particle number density and the neighborhood particles weighted geometric center deviation. Compared with other techniques, the proposed neighborhood particles centroid deviation technique shows the best results by eliminating false interface particles inside the fluid domain and keeping the interface particles layer thin and regular. As a result, relatively stable pressure time histories and more consistent pressure and velocity fields are achieved. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.  相似文献   

14.
This paper presents a parametric reduced-order model (ROM) based on manifold learning (ML) for use in steady transonic aerodynamic applications. The main objective of this work is to derive an efficient ROM that exploits the low-dimensional nonlinear solution manifold to ensure an improved treatment of the nonlinearities involved in varying the inflow conditions to obtain an accurate prediction of shocks. The reduced-order representation of the data is derived using the Isomap ML method, which is applied to a set of sampled computational fluid dynamics (CFD) data. In order to develop a ROM that has the ability to predict approximate CFD solutions at untried parameter combinations, Isomap is coupled with an interpolation method to capture the variations in parameters like the angle of attack or the Mach number. Furthermore, an approximate local inverse mapping from the reduced-order representation to the full CFD solution space is introduced. The proposed ROM, called Isomap+I, is applied to the two-dimensional NACA 64A010 airfoil and to the 3D LANN wing. The results are compared to those obtained by proper orthogonal decomposition plus interpolation (POD+I) and to the full-order CFD model.  相似文献   

15.
基于特征正交分解的非定常气动力建模技术   总被引:2,自引:0,他引:2  
姚伟刚  徐敏  叶茂 《力学学报》2010,42(4):637-644
采用特征正交分解(proper orthogonal decomposition, POD)方法, 建立了基于状态空间的非定常气动力降阶模型, 并耦合结构方程, 建立了降阶的气动弹性系统, 开展了颤振分析的初步研究, 计算效率提高了2~3个数量级. 具体过程是:首先获取全阶系统的频域快照构成关联矩阵, 通过对关联矩阵进行奇异值分解提取流场模态(或流场基), 对低能量模态截断形成降阶子空间, 并将其映射到全阶系统, 从而形成基于状态空间的降阶非定常气动力模型. 对气动弹性标模AGARD445.6进行算例验证, 证明了降阶方法正确, 可以提供高效、高精度的气动弹性分析.   相似文献   

16.
This paper describes flow around a pair of cylinders in tandem arrangement with a downstream cylinder being fixed or forced to oscillate transversely. A sinusoidal parietal velocity is applied to simulate cylinder oscillation. Time-dependent Navier-Stokes equations are solved using finite element method. It is shown that there exist two distinct flow regimes: ‘vortex suppression regime’ and ‘vortex formation regime’. Averaged vortex lengths between the two cylinders, pressure variations at back and front stagnant points as well as circumferential pressure profiles of the downstream cylinder are found completely different in the two regimes and, thus, can be used to identify the flow regimes. It is shown that frequency selection in the wake of the oscillating cylinder is a result of non-linear interaction among vortex wakes upstream and downstream of the second cylinder and its forced oscillation. Increasing cylinder spacing results in a stronger oscillatory incident flow upstream of the second cylinder and, thus, a smaller synchronization zone.  相似文献   

17.
一种高效的叶轮机叶片气动阻尼计算方法   总被引:2,自引:0,他引:2  
运用叠加原理, 发展了一种可以运用于小振幅运动的叶轮机叶片非定常气动力降阶模型, 并将该模型与传统的能量法相结合, 提出了一种叶轮机叶片气动阻尼的高效求解方法. 运用该方法求解叶轮机叶片的气动阻尼系数, 对某个频率、某个模态只需要进行一次非定常计算, 就可以求出所有叶间振动相角下的气动阻尼系数, 提高了气动阻尼的求解效率. 在STCF4和NASA Rotor67两个算例上运用非定常雷诺平均N-S(RANS)方程和提出的降阶模型进行了对比计算.算例表明, 在小振幅下该方法的计算结果与RANS方程计算得到的气动阻尼系数能很好地吻合, 而计算效率相比多通道非定常RANS方程计算提升了近一个数量级, 并且该方法还可以运用于有失谐情况的颤振分析, 在工程上有较高的应用价值.   相似文献   

18.
The effect of convective flow on a spherical crystal growth in the undercooled melt with a moderate far field flow is studied. The asymptotic solution of the evolution of the interface of the spherical crystal growth is obtained by the matched asymptotic expansion method. The analytic result shows that the convective flow in the undercooled melt has a strong effect on the evolution of spherical crystal growth. The convective flow induced by the far field flow makes the interface of the growing spherical crystal enhance its growth velocity in the upstream direction of the far field flow and inhibit growth in the downstream direction, and the interface of the decaying spherical crystal further decay in the upstream direction and inhibit decay in the downstream direction. The maximum growth velocity of the interface of the spherical crystal influenced by the far field flow is obtained.  相似文献   

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