Peridynamic modeling and simulation of thermo-mechanical de-icing process with modified ice failure criterion

De-icing technology has become an increasingly important subject in numerous applications in recent years. However, the direct numerical modeling and simulation the physical process of thermo-mechanical deicing is limited. This work is focusing on developing a numerical model and tool to direct simulate the de-icing process in the framework of the coupled thermo-mechanical peridynamics theory. Here, we adopted the fully coupled thermo-mechanical bond-based peridynamics (TM-BB-PD) method for modeling and simulation of de-icing. Within the framework of TM-BB-PD, the ice consti-tutive model is established by considering the influence of the temperature difference between two material points, and a modified failure criteria is proposed, which takes into account temperature effect to predict the damage of quasi-brittle ice material. Moreover, thermal boundary condition is used to simulate the thermal load in the de-icing process. By comparing with the experimental results and the previous reportedfinite element modeling, our numerical model shows good agreement with the pre-vious predictions. Based on the numerical results, we find that the developed method can not only predict crack initiation and propagation in the ice, but also predict the temperature distribution and heat conduction during the de-icing process. Furthermore, the influence of the temperature for the ice crack growth pattern is discussed accordingly. In conclusion, the coupled thermal-mechanical peridynamics formulation with modified failure criterion is capable of providing a modeling tool for engineering ap-plications of de-icing technology.     

通气空泡与超音速尾喷流耦合作用实验研究

基于开放式水洞,构建了通气空泡与超音速尾喷流耦合作用实验系统。设计了四种可变长度实验模型,重点研究射流与通气空泡相对位置对空泡射流耦合作用机理的影响。针对不同外形实验模型,改变通气流量和射流流量,获得了不同工况下空泡界面瞬态演化规律。通过实验,观察到射流完全补气、射流部分泄气、射流完全泄气三种不同耦合作用模式。进一步结合实验数据和Paryshev理论分析,建立了不同模式下临界转变条件和空泡尺度计算模型。当≤0.1 时,空泡长度可用经典空泡经验公式来描述;当0.1<<1.5 时,空泡长度分为模型长度和尾部空泡长度两部分,而尾部空泡长度只与无量纲动量比有关;当 ≥1.5时,空泡闭合在喷管出口,空泡长度与模型长度相等。     

高超声速气流中头锥逆喷防热流热耦合分析

作为一种主动冷却方式,逆向喷流结构对高超声速飞行器的热防护具有显著效果.为了对头锥逆喷的防热特性进行准确预测,采用流热耦合方法,对6马赫下的头锥逆喷结构的流动和传热进行数值研究.通过数值计算和实验对比,验证了湍流模型和流热耦合算法的准确性,获得了不同逆喷总压比下的流动特性,并且对不同逆喷总压比对流动和传热的影响进行了分...     

解耦的三轴气浮台非线性模糊变结构鲁棒控制问题

针对飞行器全物理仿真三轴气浮台这一具有不确定性的、耦合的非线性系统,对其动力学耦合和可解耦性问题进行了分析、计算和证明.通过综合变结构控制和模糊控制,给出了一种新的非线性控制系统设计方法,此方法既可以避免变结构控制所固有的颤动现象,同时由于该模糊控制律的解析性,所以也具有实现简单,易于工程化的优点.仿真结果表明,给出的模糊变结构控制,对飞行器模型不确定性和外来干扰具有较强的和良好的跟踪性能.     

基于模拟退火算法的阵列模型有源校正方法

针对同时存在通道幅度相位不一致与阵列互耦的均匀直线阵列,提出了一种采用模拟退火算法的阵列模型校正方法.该方法使用多个辅助信源分时工作,根据子空间基本原理构造目标函数,采用模拟退火算法对幅相误差矩阵及互耦矩阵进行估计.利用该方法对均匀直线阵进行了计算机仿真与实测实验,仿真及实验结果证明了该方法是有效可行的.     

基于Arena仿真的事故网络风险耦合特性分析

风险传递过程中,耦合是导致风险突变的重要原因。为提供风险耦合控制方法,给出风险耦合的形式化描述,采用风险耦合弹性系数对耦合强度进行计算;基于Arena软件对某型非致命武器设计论证阶段的进度风险和费用风险之间的耦合特性进行仿真分析,分别仿真了单指标、多指标在线性和非线性耦合情形下的系统行为,结果表明:全局性的线性耦合和高强度非线性耦合能显著改变系统行为。相关结果为风险耦合控制策略的制定提供了参考。     

一种基于口径耦合的S波段小型圆极化微带天线的设计

圆极化微带天线以其低轮廓、可共型、易集成、隐蔽性好等优点,在军事应用上受到人们越来越多的重视。文章从实际应用的角度出发,设计了一种基于口径耦合的S波段单馈小型圆极化微带天线,该天线馈电简单,阻抗匹配实现容易,适于圆极化设计及小型化设计。     

指挥效能评估中指挥体制的作用与效率分析

根据指挥体制与指挥系统其他组成部分之间的耦合关系建立了指挥系统效能评估模型,以所建立模型为依据,分析了指挥体制在指挥效能评估中的地位与作用,进一步分析了指挥体制提高指挥效能的效率,并将其与指挥系统其他组成部分效率进行了对比分析,得到他们在提高指挥系统效能效率过程中的相互关系。     

基于系统辨识的雷击浪涌注入效应仿真

为探索系统辨识方法在电磁脉冲注入效应仿真领域的适用性,使用三端稳压电源进行雷击浪涌注入实验,分别采集注入的雷击浪涌电压和三端稳压电源的响应电压。对采集的数据运用dh系列小波降噪,进行去除趋势项预处理。选用ARX模型,利用最小二乘法进行参数辨识。根据所得模型预测在不同浪涌电压下三端稳压电源的响应电压,并与实际电压进行对比。计算结果表明,基于系统辨识的方法得到了满意的能量耦合模型,较好的预测了三端稳压电源的响应电压。     

稀薄流高超声速飞行器气动加热耦合计算

针对稀薄流域高超声速飞行器的气动加热问题,开展耦合数值计算研究。通过引入牛顿冷却定律,将直接模拟蒙特卡洛数值模拟方法与结构传热计算方法相结合,设计一种可对全机外形进行气动热和结构传热计算的高效松耦合方法,实现飞行器防热层结构材料温度分布特性的数值模拟。在以钝锥外形为例对直接模拟蒙特卡洛数值模拟程序进行验证的基础上,采用该方法对X37B轨道飞行器外形长时加热与结构传热过程进行数值模拟,给出结构温度及热流密度随飞行时间的变化规律。研究结果表明,设计的耦合计算方法能够模拟稀薄流域高超声速飞行器的气动加热及结构传热耦合过程,可为该类飞行器的气动热分析及热防护设计提供技术支持。