国家教育部博士点基金(20070699054)
- 作品数：24 被引量：109H指数：6
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- 相关领域：航空宇航科学技术理学更多>>
- 改进的CFD/CSD耦合系统设计方法及其计算(英文)被引量：4
- 2010年
- 论述了界面上的数据交换方法和时间推进格式在流体动力学(CFD)和结构动力学(CSD)耦合求解非线性气动弹性问题中的关键作用;改进了CFD/CSD耦合系统,包括基于边界元方法设计了CFD和CSD耦合界面的数据转换方法,该方法可在同一映射矩阵处理结构响应和非定常气动载荷转换,保证了耦合边界上的能量守恒;改进了一种松耦合方法流程,在保持模块化基础上提高了计算精度和效率。最后将本文方法应用于二维位移外插算例和A-GARD445.6机翼的动响应分析中,结果表明本文方法具有较高精度。
- 安效民徐敏陈士橹
- 关键词：计算流体力学边界元方法数据转换气动弹性
- 一种高效的流场反设计算法研究
- 2011年
- 提出了一种基于特征正交分解(POD,Proper Orthogonal Decomposition)的流场反设计算法,采用该方法可以通过数值计算或试验得到的物面气动参数分布,高效的反设计整个流场。基本思路是:首先获取快照向量构成POD核,通过对POD核进行奇异值分解提取POD模态(或POD基),并对低能量模态截断,最后通过反设计算法高效反设计整个流场。应用两个算例验证该方法在流场反设计中的效果:1)RAE 2822亚声速流场;2)NACA 0012跨声速流场。结果表明该文建立的反设计算法准确、高效,并且提供了一个数值计算和试验协同仿真以及建立数值风洞的新思路。
- 姚伟刚徐敏陈志敏
- 关键词：激波数值风洞计算流体力学
- 基于BPOD的气动弹性降阶及其在主动控制中的应用被引量：1
- 2008年
- 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。
- 徐敏安效民曾宪昂陈士橹
- 关键词：空气动力学气动伺服弹性模型降阶非定常气动力
- 一种新的界面映射推进方法及其在气动弹性力学中的应用被引量：5
- 2008年
- 非线性气动弹性研究中,涉及到非线性的流体动力学(CFD)和非线性的结构动力学(CSD)耦合问题,在耦合界面上不仅要进行两场之间信息的传递,而且要有匹配的时间推进格式。针对计算流体动力学(CFD)和计算结构动力学(CSD)的耦合计算方法,基于边界能量守恒,发展了一种新的界面处理方法,包括:①界面映射方法,该方法基于耦合边界上局部的网格信息,将两场之间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,克服了占用大量CPU时间和内存的需求;②界面推进方法,该法基于松耦合计算流程,通过引入半步交错推进,达到了二阶时间精度,提高了计算精度和效率。最后将该界面处理方法应用于柔性大展弦比机翼的气动弹性计算和AGARD445.6机翼的动响应分析中。结果表明该方法能够高效、高精度地处理不同物理场之间的数据交换和时间推进,并具有处理复杂几何体非线性气动弹性问题的能力。
- 安效民徐敏陈士橹
- 关键词：气动弹性数据转换
- 基于气动力辨识的ASE模型降阶研究被引量：5
- 2009年
- 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_∞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%.
- 张子健徐敏陈士橹娆伟刚
- 关键词：气动伺服弹性模型降阶H∞控制鲁棒性
- 基于CFD/CSD耦合的超声速舵面动载荷计算被引量：4
- 2011年
- 该文分析了超声速气动控制舵面在瞬态气动载荷作用下的位移及应力的时域变化。采用基于Volterra级数的气动弹性系统降阶模型快速获得了舵面的颤振边界。通过CFD/CSD耦合计算,确定了舵面在颤振速度下的瞬态气动载荷,并利用参数空间下的有限元四结点方法将每一时刻的气动载荷插值并施加到结构结点上,进行了瞬态响应分析,得到了舵面在瞬态载荷作用下的动应力。计算结果表明:由于气动载荷的变化以及结构快速振动引起的惯性力的作用,轴根部最大弯曲应力是定常气动载荷作用下应力的3倍左右。
- 蔡天星徐敏姚伟刚窦怡彬
- 关键词：气动弹性力学动载荷CFD/CSD
- 多场耦合求解非线性气动弹性的研究综述被引量：24
- 2009年
- 非线性气动弹性分析中,涉及到非线性流体动力学和非线性结构动力学的耦合问题.阐述了国内外应用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)/计算结构动力学(computational structural dynamics, CSD)耦合求解技术来处理非线性气动弹性问题的研究现状,全面分析了流体域和结构域的非线性特征模拟技术、高效网格运动策略、耦合界面相容性条件、耦合计算效率及降阶技术、气动弹性实验及算法验证、多学科耦合求解等关键技术,总结了相关最新研究的方法和成果,对比分析了其优缺点并提出了展望.
- 安效民徐敏陈士橹
- 关键词：非线性气动弹性CFD/CSD耦合动网格技术降阶模型
- 弹性飞行器飞行动力学建模研究被引量：10
- 2013年
- 随着飞行器结构模态频率与刚性模态频率愈加接近,弹性效应对弹性飞行器飞行动力学特性的影响变得愈加明显,特别是操稳特性将变得更加的复杂和严峻,已经不能用"刚性飞行器"的分析方法进行研究,因此迫切需要为弹性飞行器建立能够包含多学科耦合的飞行动力学模型。本文对弹性飞行器飞行动力学建模的相关研究进行了总结与发展:首先简要阐述了建立多学科耦合弹性飞行器飞行动力学模型的必要性;然后对传统的弹性飞行器飞行动力学模型进行了研究,分析总结了这些方法的优缺点;最后在此基础上提出了一种新的体轴系(瞬态坐标系),并利用拉格朗日方程和有限元思想推导了该坐标系下的动力学模型,该模型克服了传统模型的缺点,并准确自然地耦合了结构动力学、飞行动力学、空气动力学与控制等学科,较现有的模型而言,该模型能更充分更全面的描述弹性飞行器飞行过程中流场、结构、控制和飞行力学之间的交叉耦合特性。本文的研究成果可为弹性飞行器的动态特性分析提供必要的理论基础。
- 郭东徐敏陈士橹
- 关键词：弹性飞行器动力学建模飞行动力学
- 航天器近距编队轨道动力学模型及仿真
- 2009年
- 针对目前航天器近距编队长期飞行中存在的HCW模型精确度不够的问题,提出了利用平均轨道根数线性微分漂移率预测J2摄动下航天器近距编队相对运动的方法,建立了一种新的航天器近距编队轨道动力学模型。仿真结果表明,解析模型计算得到的相对运动轨道和不考虑J2摄动影响的相对运动轨道相比,解析模型运算时间很短,精度提高约50%(10个轨道周期之后),证明了模型的有效性和快速性,适合在线运行,同时给出了解析模型的适用范围。
- 苏长兵徐敏钱宇施雨阳
- 关键词：航天器J2摄动解析模型
- 抑制机翼主动颤振的输出微分调节器
- 2009年
- 机翼的主动颤振抑制技术是现代弹性飞行器设计的重点,传统的基于输出量最小化设计的线性二次最优调节器(LQRY)由于引入的信息量少,其抑制颤振的效果并不理想.本文提出了一种基于输出微分项推导的最优调节器(ORW)设计方法.与LQRY方法相比,该方法引入了更多的系统信息,能够有效抑制无法直接测量的输出微分项的振动,从而更快地抑制输出的振动.最后对典型的气动弹性主动控制系统(BACT)模型,分别采用LQRY和ORW调节器对机翼颤振进行抑制,仿真结果表明,新方法能够更加快速有效地抑制机翼的颤振.
- 张子健徐敏陈士橹罗翔
- 关键词：最优控制
