CFD/CSD耦合计算研究

基于流体——结构干扰计算中流体和结构网格之间的数据交换方法的研究，提出了一种改进的常体积转换法(CVT)，即引入面积限制值来保证网格插值的质量。运用该方法对两种常规外形：机翼和弹体圆柱段进行了插值计算，并与无限平板样条法(IPS)进行了比较和误差评估。认为改进的CVT插值方法能避免原CVT方法可能出现的异常情况，且大大提高了插值精度，是一种适合用于CFD／CSD耦合计算接口界面的插值方法。     

基于BPOD的气动弹性降阶及其在主动控制中的应用

流体动力系统是一个高阶的非线性复杂系统,这严重限制了优化和控制在该系统中的应用。模型降阶技术是解决这一问题的有效工具。将特征正交分解方法（Proper Orthogonal Decomposition,POD）和平衡截断方法结合起来,形成平衡特征正交分解方法（Balanced Proper Orthogonal Decomposition,BPOD）,并应用到气动伺服弹性模型降阶中。该方法将由POD快照得到系统可控和可观Gramian矩阵的近似表达,通过该近似得到平衡降阶模型。以一个二维翼段的气动弹性系统为例,首先将流体控制方程线化;然后利用BPOD方法得到非定常气动力的降阶模型以及降阶的气动弹性系统;最后,对降阶系统设计主动控制律,通过控制面偏转来抑制翼型颤振。数值仿真结果表明BPOD降阶模型可以精确地模拟高阶非线性的流体动力系统并且可以有效地应用于气动弹性主动控制中。     

机翼颤振的混合灵敏度H∞鲁棒控制器设计

主动颤振抑制技术是未来弹性飞行器设计中的一项关键技术,越来越受到广泛的关注。但传统的LQG方法鲁棒性很差,限制了其实际应用。本文采用混合灵敏度H_∞控制方法,并结合回路成型技术设计了机翼颤振抑制的鲁棒控制器。此方法直接针对回路的灵敏度函数和补灵敏度函数性质,根据颤振抑制系统期望的回路频域特性要求,通过选择合适的加权函数形状获得了满意的闭环系统性能,从而实现对颤振的鲁棒抑制。其特点是能够方便直观的获得系统所期望的频域性能,并具有良好的鲁棒性和抑噪能力,非常有利于工程实用。最后利用典型的二维机翼俯仰沉浮气动弹性系统模型,分别采用混合灵敏度H_∞控制器和LQG控制器对机翼颤振进行抑制。仿真结果表明,本文所设计的控制器将颤振速度提高了12.2％,能够更加有效地抑制机翼颤振。     

拦截弹头的修正比例导引律

针对拦截战术弹道导弹这一特殊任务，首先分析了导引律设计面临的新问题和比例导引律的缺陷，在此基础上为了改善比例导引律，引入了目标机动加速度和导弹轴向加速度等信息，对比例导引律进行了修正，对导引律中各参数进行了优化。仿真结果表明修正比例导引律的过载分布合理，且形式简单，具有实用价值。     

改进直接多重打靶算法及在飞行力学中的应用

直接多重打靶算法是求解最优控制问题很有效的方法之一，通过仅假设出节点处的控制变量值，使该算法在求解最优控制问题对更方便，收敛更快，利用改进算法成功地求解了多个飞行力学问题，探讨了敏捷性管理系统的优化设计，通过优化设计，使敏捷性管理系统在确保满足各种约束条件的前提下，飞机的转弯时间缩短了近20％。     

计算气动弹性力学中的界面映射方法研究

非线性气动弹性体振动研究中,涉及到非线性的结构动力学和非线性的流体动力学耦合问题,在耦合边界上要满足两个系统的连续性相容条件,必须在边界处进行数据的交换。本文针对非线性气动弹性问题的计算流体动力学(CFD)和计算结构动力学(CSD)的耦合计算方法,在常体积转换法(CVT)的基础上,发展了一种耦合界面的数据映射矩阵(IMM)。该方法仅需要局部的网格信息,将耦合边界上载荷信息和位移信息的转换放在同一个映射矩阵中来处理,并且该矩阵可以通用求解CFD/CSD的耦合问题,克服了占用大量CPU时间和内存的弊端。最后将该界面映射方法应用于柔性大展弦比机翼的气动弹性计算和AGARD445.6机翼的颤振预测中,结果表明该方法能够高效、高精度地处理不同网格体系间的数据交换,并具有处理复杂非规则几何体信息转换的能力。     

基于气动力辨识的ASE模型降阶研究

CFD/CSD耦合计算能够准确预测跨音速段飞行器弹性振动的非定常气动力, 但其带来的巨大 计算量及高阶维数不利于气动弹性系统的分析与综合. 针对于此,采用系统辨识及 均衡截断技术对高阶气动伺服弹性模型进行降阶处理,并利用所得到的低阶模型进行系统综 合：(1) 基于Volterra级数气动力辨识技术,得到非定常气动力的时域降阶模型(ROM), 耦合结构动力学模型及控制机构动力学模型获得气动伺服弹性(ASE)状态空间方 程;(2) 利用均衡截段法对时域ASE模型进行进一步降阶,得到能够较真实反映所关心频域内系统响应 的低阶ASE模型;(3) 针对建模误差和降阶误差存在造成的系统不确定性问题,结合降阶模型 采用混合灵敏度$H_{\infty}$控制方法设计颤振主动抑制鲁棒控制律,保证其作用 于真实系统的有效性;对控制器进行 均衡阶段降阶并保持其鲁棒性,得到低阶鲁棒的颤振抑制控制器. 最后利用典型的BACT模型 进行气动伺服弹性的降阶及主动颤振抑制控制,仿真结果表明,基于ROM建立的低阶气动弹 性模型能够较真实地反应系统的颤振特性;而基于截断后的降阶模型所设计的低阶鲁棒控制 器能够有效应用于存在不确定性摄动的实际系统,并将系统颤振速度提高36%.     

基于Terminal滑模的动能拦截器末制导律研究

针对大气层外动能拦截器的精确拦截问题,给出了一种基于Terminal滑模的鲁棒末制导律设计方法。在不考虑动能拦截器姿态运动的情况下,建立了动能拦截器纵向平面和侧向平面内的相对运动方程,并通过在末制导滑模中引入非线性项,去除了传统变结构制导律中的切换项,保证制导系统具有全局快速性。仿真结果表明Terminal滑模应用于动能拦截器精确末制导律设计中的有效性,较之传统的比例导引和变结构制导方法,能有效抑制视线的发散,对目标机动具有更强的鲁棒性,并具有更高的拦截精度。     

动网格生成技术

基于动气动弹性仿真中二维动网格方法的研究,提出了一种三维动网格生成技术,该方法的主要特点是在计算域内利用原有的初始网格进行插值计算来构造新网格。对于流体-结构耦合中每时间步长计算的动网格算法主要考虑网格的稳定性和计算效率。最后,选取了二维、三维中一些有代表性的实例进行了演示,结果表明对于变形量不是很大的情形是令人满意的。     

美军标1797飞行品质规范分析

利用1797品质规范检验现役某第三代战斗机飞行品质过程中,在确定瞬时峰值比、上升时间时,认为通过利用高阶系统传递函数求出的时间响应特性得出的结果更合理;提出了一种利用优化技术确定尼尔一史密斯准则的方法,取得了满意的效果;通过把计算与所反映的飞机实际飞行品质进行比较,发现该规范对短周期飞行品质的某些要求过严,应用时需做某些具体指导和调整。