二维非线性正交各向异性材料的瞬态热传导反问题数值方法

针对正交各向异性材料的二维非线性热传导反问题,采用顺序函数法进行表面热流辨识问题的研究。在求解反问题时,采用有限体积法、牛顿-拉夫逊法并引入未来时间步的概念。在每个时间步内,将待辨识热流视为非线性方程组的未知量,通过一个迭代过程进行求解。算例的研究表明,热流辨识结果与真实热流相近,从而证明了本方法在辨识二维非线性热传导反问题时是准确、稳定、有效的。     

钝体高超声速气动加热与结构热传递耦合的数值计算

气动加热与结构热传递耦合问题在航天和工程应用领域非常重要。分别采用松耦合与紧耦合方法,数值模拟了高超声速二维圆管绕流的流场与结构传热耦合的非定常过程。在紧耦合方法中,流场部分采用基于Navier Stokes方程的有限体积法,将AUSM+格式与时间方向的显式多步Runge Kutta法结合;结构传热部分采用基于二维热传导方程的Galerkin有限元法。流场与结构区通过交界面的热流和温度边界条件实现耦合。计算结果分别与实验、文献做了对比,结构内部温度变化关系以及壁面的热流分布均较好地吻合。两种耦合方式的计算结果对比表明,对于流场特征时间远小于结构传热特征时间的问题,松耦合方法计算效率高,精度与紧耦合方法接近。     

焓法模型求解相变传热问题有效性分析

首先探讨了伴有相变过程的瞬态热传导问题所具有的非线性特征.采用将分区域求解问题化为整个区域的非线性问题处理的思路,在整个区域建立统一能量方程的焓法模型求解该类传热问题.在此基础上建立了轻质相变墙体房间空气热平衡模型.采用有限差分方法对模型进行离散,并编程求解.通过与前期所建立的轻质相变墙体实验间的测试数据进行比对,结果...     

高超声速飞行器前缘流-热-固一体化计算

针对高超声速流动气动加热与结构传热的复杂耦合问题,探索和研究基于有限体积法的高超声速流-热-固一体化求解方法,将流场与结构温度场进行统一建模与数值模拟。该方法避开了传统气动加热和结构传热耦合求解方法在时间域内进行流场与结构温度场耦合交替迭代计算所带来的大量数据交换与计算,将流场与结构温度场作为一个物理场,采用统一的控制方程进行求解。采用典型高超声速绕流二维圆管稳态或非稳态流-热-固耦合算例对该一体化方法进行验证,稳态时圆管驻点温度最高达到648 K,非稳态时的热流密度和结构温度与参考文献和实验值吻合较好,由此证明了该方法的可靠性和正确性。与耦合计算方法的对比分析结果表明:该一体化求解方法所得计算结果更接近实验值,并且计算量和网格依赖性都相对较小,具有更好的稳定性和计算精度,能为高超声速飞行器一体化热防护设计提供有效的理论和技术支撑。     

高超声速圆柱绕流中驻点热流的稀薄效应

采用Fay-Riddell关系式、直接模拟Monte Carlo方法和基于直接模拟Monte Carlo流场温度的Fourier传热三种热流表达方式,分别对比研究了不同来流克努森数(Kn)和不同来流马赫数(Ma)的结果,以期从微观视角给出经典连续方法在稀薄流区高估驻点热流的新理解。结果表明,驻点热流的稀薄效应体现在三个方面:一是温度跳跃,削弱温度梯度导致驻点热流降低;二是壁面附近平动非平衡,导致Fourier热传导定律失效且高估热流;三是壁面约束,致使Fourier热传导定律在距壁面3倍分子平均自由程内高估热流。     

基于可视图和几何逼近算法的避障路径动态规划研究

为了满足实时仿真的需求,CGF装甲车和武装直升机等的路径规划问题都可以简化成二维平面中的路径规划问题.研究了二维平面中路径规划的核心问题--避障路径规划问题.首先以可视图法所建的求解环境为基础,将避障路径规划转化为一个多阶段决策问题,对于每一个阶段的子问题,应用改进可视图法和几何逼近算法进行求解,得出各阶段的最短路径,最后对避障路径规划进行动态规划求解.     

二次流对超声速环型空气引射器真空度的影响

采用计算流体力学时间相关法求解二维轴对称Navier Stokes方程,数值模拟求解了二维轴对称超声速环型空气引射器流场。在前期工作基础上,探讨了零二次流时盲腔压强平衡的机理和二次流对引射器真空度的影响。计算表明,二次流对引射器的流场结构影响显著,与零二次流相比,少量的二次流将使引射器真空度大大下降。     

高超声速滑翔式飞行器再入轨迹多目标多约束优化

轨迹优化是高超声速滑翔式飞行器关键技术之一.为避免间接法求解轨迹优化问题时对初值敏感以及伪谱法求解轨迹优化问题中难以处理航路点和禁飞区等问题,提出采用基于Akima插值多项式的直接法求解高超声速滑翔式飞行器再入轨迹优化问题.以驻点热流密度最小和到达目标点时间最小为优化目标,考虑了终端约束、航路点约束、禁飞区约束、动压约束、过载约束等约束条件.仿真结果表明:采用的插值方法可以减少插值过程中的控制变量越界问题;得到的Pareto前沿具有良好的分布性,在初步设计时能够给设计者较大的选择余地;和文献中的单目标优化结果相比,本文所采用的算法也具有较好的寻优能力.     

利用阵列协方差矩阵稀疏性的到达角估计方法

为了解决传统基于阵列协方差矩阵稀疏性到达角估计方法计算复杂度高的问题,提出基于直接二维稀疏重构思想的高效到达角估计方法。该方法利用阵列输出数据的协方差矩阵构造二维稀疏表示模型,对协方差矩阵进行特征值分解以实现噪声功率估计,从而降低噪声对到达角估计的影响。在求解稀疏表示模型时,直接对该二维稀疏重构问题进行求解,避免了矩阵矢量化操作。仿真实验结果表明,该方法运行效率大大提高,并且在低快拍数、低信噪比和稀疏阵元等条件下估计性能优于传统方法。     

用PCG-FFT法求解二维电磁散射问题

本文在CG—FFT的基础上提出了一种新的方法,即PCG—FFT(预处理共轭梯度法一快速傅里叶交换)相结合法用于求解二维、TM波入射情况下的电磁散射问题。本文以等效电流做为积分方程中的未知函数进行求解,是一种求解电磁散射问题的有效途径。由于应用了PCG方法,与CG法相比,降低了对计算机的内存要求。而FFT算法又节约了CPU时间。因而,与经典的MOM方法及CG—FFT方法相比,可有效的处理电大尺寸物体的散射问题。本文在理论推导的基础上,给出了数值计算结果,与CG—FFT相比较,结果吻合的很好,而收敛速度显著提高。     

强迫振动法大跨度桥梁节段模型气动导数辨识

研制了桥梁节段模型颤振导数测定的二维强迫振动实验装置,采用变频调速技术实现对振动频率的控制,模型惯性力、气动力的测量采用了特殊设计的测力元件,模型运动用压电式加速度计进行测量。实验时,模型分别作单自由度的竖弯或扭转的简谐运动,通过测量模型所受到的气动力及模型位移,应用谱分析方法和非线性曲线拟合算法实现了对八个颤振气动导数的辨识,并通过平板模型实验数据与Theodorsen理想平板数据及国外文献数据对比对实验装置及辨识算法进行了检验。     

共轭梯度反传算法及其在液体火箭发动机系统辨识中的应用

结合非线性优化理论和方法提出了易于实现、收敛速度比较快的多层神经网络共轭梯度反传算法。液体火箭发动机参数辨识技术已得到广泛的应用,由于传统的数学方法必须基于发动机已知模型,使得其参数辨识受到极大的限制。文中基于神经网络共轭梯度反传算法进行液体火箭发动机的系统辨识,结合变推力发动机热试车动态数据,得到了满意的仿真结果。     

各向异性稳态渗流复级数解析分析法

提出一种求解二阶线性椭圆形偏微分方程过值问题的新型复级数展开法,并用于求解二维各向异性稳态渗流问题,首先得到了各向异性稳态渗流矩形域、圆形域一般解析解,而且给出数值算例。     

Volterra级数模型的非线性压缩测量辨识算法

针对非线性系统的辨识问题,提出了非线性压缩测量辨识算法,且推导出了一种符合压缩感知测量准则的测量模型。相比递归最小二乘法,该方法极大地减少了所需的测量数,使得高阶Volterra级数辨识成为可能。此外,还分析了实际应用中的各项因素对辨识准确性的影响,如信号稀疏度、测量噪声、测量矩阵形式等。     

某扫雷犁电液伺服系统的模糊神经网络控制

针对某扫雷犁电液伺服系统这一典型的非线性系统,使用基于减法聚类的模糊神经网络(FNN)自学习算法设计了控制器,其中减法聚类用于确定模糊神经网络的初始结构。在网络的学习过程中,对结论参数采用最小二乘法进行辨识,对前提参数采用误差反传算法进行调整;并使用AMESim软件搭建了扫雷犁的液压系统模型,利用其接口技术实现了与Simulink的联合仿真。实验结果表明模糊神经网络控制器的控制效果要优于传统的PID控制器。     

反积型信息熵及其在图像分割中的应用

为提高信息熵的计算速度及提升基于信息熵的信息处理效率,提出了一种反积型信息熵。首先,给出其定义,分析并证明其相关性质;然后,从数学理论上证明了其与香农熵的一致性;最后,将反积型信息熵在基于二维阈值最大熵值图像分割算法中进行了应用。结果表明:与基于香农熵的二维阈值分割效果相比,基于反积型信息熵的二维阈值分割效果更佳,可有效节约计算时间,且具有很强的实用性。     

基于正交最小二乘估计的非线性时间序列的预测

在对非线性时间序列的短期预测中经常采用局部线性化的预测算法 ,原有的算法使用普通最小二乘法 (LS)估计近似线性模型的参数。对于存在噪声的数据 ,该算法的数值稳定性较差。本文在对非线性空间进行局部线性化的基础上 ,采用正交最小二乘方法 (OLS)对线性模型同时进行结构选择与参数辨识 ,改善了数值的病态特性 ,增强了算法的稳定性     

考虑禁飞区的高超声速飞行器再入跟踪控制

为确立高超声速飞行器再入精确模型,参考NASA的研究数据对动力学方程中的气动参数进行拟合。基于飞行器结构的相关性质及战略应用背景,加入热流密度、动压、过载和禁飞区等参考约束的限制,融合成强非线性、复杂耦合的最优控制问题。采用改进自适应伪谱法求解模型所构建的微分方程组,通过设置自适应网格细化与配点,使单位时间内状态变量和控制变量波动过大的时间区间被进一步细划,并利用SNOPT求解器解算出符合条件的最优轨迹。设计闭环控制器,实现对最优轨迹的姿态变化的跟踪,测试系统的性能并进行评估。仿真结果表明:整个再入过程中,飞行器速度下降过程偏于平稳,再入轨迹可以满足约束条件,在避开禁飞区的同时取得最大横向航程;三通道角速度收敛可控,对姿态的跟踪较理想,控制器基本可以实现精确调姿。     

预处理方法在低速粘性流动中的应用

用时间相关法、LU SGS隐式求解经过预处理后的二维可压Navier Stokes方程 ,数值模拟了低速情况下不同马赫数、不同雷诺数的驱动空腔流动。为了使时间相关法能应用于计算低速流动及加快收敛 ,在控制方程的时间导数项前乘了一个预处理矩阵 ,实现了对方程的预处理。数值模拟结果表明 ,预处理确实加快了计算的收敛性 ,而定常解却没有改变。所得结果与可能的计算结果进行了比较     

一种改进的时空二维Capon法

针对时空二维Capon法在主瓣杂波区性能不足的问题,提出了一种改进的时空二维Capon法,该方法处理主瓣杂波区时在时空二维Capon法的基础上增加辅助通道,而处理非主瓣杂波区时不再增加辅助通道。理论分析和计算机仿真结果表明,该方法在运算量增加不大的情况下主瓣杂波区杂波抑制性能得到明显改善,且具有较强的容差能力。