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鸭式布局二维修正双旋弹角运动及转向响应特性分析

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兵工学报 2024年第6期45卷 1866-1876页

作者：李红云申强邓子龙北京理工大学机电学院北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401120

为研究鸭式布局双旋弹受控状态下的动态响应规律,对弹丸角运动特性及转向响应特性进行理论分析。基于7自由度刚体弹道模型,求解弹丸受控状态下的攻角瞬态及稳态解析解,并推导弹丸瞬态及稳态转向响应解析表达式。研究控制指令更新周期、... 详细信息

为研究鸭式布局双旋弹受控状态下的动态响应规律,对弹丸角运动特性及转向响应特性进行理论分析。基于7自由度刚体弹道模型,求解弹丸受控状态下的攻角瞬态及稳态解析解,并推导弹丸瞬态及稳态转向响应解析表达式。研究控制指令更新周期、射角、转速及初速对转向响应特性的影响。研究结果表明:输入控制力方向对转向响应相移角影响较小;控制指令更新周期较短时,在弹道顶点相移角瞬态解与稳态解相差较大,采用瞬态解修正后弹丸横纵向耦合程度较低,随着指令更新周期的增大,转向响应相移角瞬态解逐渐趋于稳态解;相移角稳态解随转速增加而减小,随初速增加而增加。通过实验数据验证了理论的正确性。研究结果可为鸭式布局双旋弹二维修正控制系统分析设计提供理论依据。

关键词：二维弹道修正弹鸭式布局角运动特性转向响应特性瞬态响应

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通气条件下带栅格翼水下航行体数值仿真研究

北京理工大学学报 2024年第5期44卷 501-511页

作者：陈泰然胡宏伟谭树林杨国欣何燕飞北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401120

栅格翼可通过自身受到的流体力改善水下航行体姿态,通气技术可以通过改善水下航行体表面流体载荷稳定其姿态,将通气技术应用于带栅格翼航行体有望大幅提高航行体水下垂直运动的稳定性.文中采用重叠网格技术和六自由度求解器对水下航行... 详细信息

栅格翼可通过自身受到的流体力改善水下航行体姿态,通气技术可以通过改善水下航行体表面流体载荷稳定其姿态,将通气技术应用于带栅格翼航行体有望大幅提高航行体水下垂直运动的稳定性.文中采用重叠网格技术和六自由度求解器对水下航行体运动和流场演化进行了数值模拟,通过与实验结果对比验证了所采用数值计算方法的准确性,分别探究了航行体安装栅格翼和通气以及不同通气率对带栅格翼水下航行体运动稳定性的影响.结果表明:通气和安装栅格翼可以降低航行体水下运动时的偏转角,有利于提高其运动稳定性,其中栅格翼的作用更明显.带栅格翼航行体随着通气率的增加,偏转角减小,当通气空泡长度发展到航行体质心位置以下时,产生与偏转角方向相反的回正力矩,当通气空泡将栅格翼包裹,栅格翼对航行体稳定作用失效,这对通气条件下水下航行体加装栅格翼具有重要的指导意义.

关键词：水下航行体栅格翼通气空化通气率水动力

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侧斜参数对喷水推进泵性能的影响研究

工程热物理学报 2024年第1期45卷 101-106页

作者：望喻虎郑枫川陈泰然黄彪王国玉北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401120

侧斜是螺旋桨水力设计中的重要参数,也对与螺旋桨相似的喷水推进泵的性能有着重要的影响。本文在原有的喷水推进泵水力模型的基础上改变侧斜分布获得了三种不同侧斜分布的喷水推进泵水力模型,使用数值模拟的方法获得了喷水推进泵的外特... 详细信息

侧斜是螺旋桨水力设计中的重要参数,也对与螺旋桨相似的喷水推进泵的性能有着重要的影响。本文在原有的喷水推进泵水力模型的基础上改变侧斜分布获得了三种不同侧斜分布的喷水推进泵水力模型,使用数值模拟的方法获得了喷水推进泵的外特性、内部流场和空化特性。研究结果表明,原型泵在马鞍区和小流量区运行时性能表现更好,而增大侧斜的C型泵在大流量区的性能表现更好。通过改变侧斜可以改变空化发生的位置和空化面积,提高空化性能。

关键词：喷水推进轴流泵侧斜空化

分体式飞行汽车立体环境感知系统设计及试验研究

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机械工程学报 2024年第10期60卷 102-111页

作者：李颖王荣煊万成麟王伟达杨超徐彬北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401120

飞行汽车能够根据道路与天气情况在地面行驶和空中飞行两种模式之间进行切换,对提升交通效率、适应复杂地形及降低交通设施成本具有重要意义。分体式飞行汽车由电动垂直起降飞行器、智能操控座舱和自动驾驶底盘三个独立模块构成,具备地... 详细信息

飞行汽车能够根据道路与天气情况在地面行驶和空中飞行两种模式之间进行切换,对提升交通效率、适应复杂地形及降低交通设施成本具有重要意义。分体式飞行汽车由电动垂直起降飞行器、智能操控座舱和自动驾驶底盘三个独立模块构成,具备地面无人行驶与空中自主飞行两种模式。首先,基于分体式飞行汽车自动驾驶、多模块自主对接引导等功能任务需求,提出立体环境感知系统传感器配置与部署方案并标定了传感器。其次,设计多传感器融合环境感知算法,实现目标检测、可行驶区域分割及多模块自主对接定位。最后,在分体式飞行汽车高性能边缘计算设备进行实车验证。试验表明该感知系统能取得高效的环境感知效果,为分体式飞行汽车的自动驾驶及自主对接引导提供新思路。

关键词：分体式飞行汽车环境感知传感器标定与算法测试

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火星超低雷诺数下螺旋桨气动性能研究

北京理工大学学报 2024年第2期44卷 172-181页

作者：张旺旺徐彬张海涛樊伟赵之然北京理工大学机械与车辆学院北京100083 北京理工大学重庆创新中心重庆401120

火星超低雷诺数环境导致螺旋桨系统气动特性相比于地球环境显著恶化,翼型表面层流分离现象影响了火星螺旋桨的气动特性.为设计出适应火星低雷诺数环境的螺旋桨,深入了解超低雷诺数对翼型气动特性的作用机理,采用Transition SST转捩模型... 详细信息

火星超低雷诺数环境导致螺旋桨系统气动特性相比于地球环境显著恶化,翼型表面层流分离现象影响了火星螺旋桨的气动特性.为设计出适应火星低雷诺数环境的螺旋桨,深入了解超低雷诺数对翼型气动特性的作用机理,采用Transition SST转捩模型求解非定常可压缩N-S方程的数值模拟技术,对几种适用于低雷诺数环境的翼型进行火星超低雷诺数环境下气动特性模拟计算,从而选取最适应火星大气环境的翼型.结果表明CLF5605翼型具有更好的气动性能.对选定的翼型进行不同超低雷诺数下气动特性模拟计算,揭示了超低雷诺数对翼型气动特性的影响,即在火星大气雷诺数范围内,更高的雷诺数对应更好的气动性能;对雷诺数从100~20000翼型表面边界层状态进行数值模拟,发现翼型层流分离结构发生显著变化,从低雷诺数下的层流边界层状态,随着雷诺数的增加开始发生层流分离,在翼型尾缘产生层流分离泡,并最终变成湍流边界层.采用最小能量损失的方法设计火星螺旋桨,对其气动性能进行了数值模拟仿真,并对轻量化制造的螺旋桨进行了地面台架实验验证,通过将地面实验结果与CFD数值模拟仿真结果对比,验证了螺旋桨轻量化设计合理性以及数值计算的准确性.

关键词：超低雷诺数气动特性边界层状态层流分离轻量化设计

基于半导体桥和含能材料的信息储存介质自毁模块研究

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北京理工大学学报 2024年第6期44卷 579-587页

作者：娄文忠李志鹏冯恒振李明愉北京理工大学机电学院北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401120

针对高安全等级信息储存介质硬件层面的防护,开展了基于半导体桥(SCB)和含能材料的低驱动能量自毁模块的研究.建立了SCB等离子体发火、能量传递、含能材料点火的数学模型并完成了理论计算,利用COMSOL搭建SCB多物理场仿真模型并校核其性... 详细信息

针对高安全等级信息储存介质硬件层面的防护,开展了基于半导体桥(SCB)和含能材料的低驱动能量自毁模块的研究.建立了SCB等离子体发火、能量传递、含能材料点火的数学模型并完成了理论计算,利用COMSOL搭建SCB多物理场仿真模型并校核其性能,搭建了试验平台并进行SCB与含能材料发火性能测试的试验.仿真和试验结果表明:含能自毁模块具有优良的发火性能,能在5 V充电电压的激励下,起爆SCB桥区并使桥区温度能在18μs内达到2700 K,从而激发0.43 mg叠氮化铜在50μs内起爆产生爆轰波.含能自毁模块能够完成能量的传递并摧毁目标信息储存介质,有效避免信息储存介质关键信息被窃取,保证了信息储存介质的安全性.

关键词：信息安全技术自毁模块半导体桥含能材料数值模拟

高维数据最优划分聚类的k-Fermat算法研究

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系统工程理论与实践 2024年第2期44卷 752-772页

作者：李彤翟永南华英凡大连理工大学经济管理学院大连116024 大连理工大学商学院盘锦124221

将数论中的二维数据最优集结点(广义Fermat点)向高维空间拓展,提出以高维广义Fermat点作为最优聚类中心点的划分聚类算法——k-Fermat算法.首先对Fermat点作为聚类中心点的最优性、唯一性进行理论分析,其次建立了模拟植物生长算法(PGSA... 详细信息

将数论中的二维数据最优集结点(广义Fermat点)向高维空间拓展,提出以高维广义Fermat点作为最优聚类中心点的划分聚类算法——k-Fermat算法.首先对Fermat点作为聚类中心点的最优性、唯一性进行理论分析,其次建立了模拟植物生长算法(PGSA)求解高维数据的Fermat点并指导聚类过程的算法体系,最后对算法复杂性进行了严格证明.为验证算法性能,采用国际公布的经典数据集,将k-Fermat算法与近年来国际重要期刊和顶级会议发表的几十种主流聚类算法进行比较,验证了本文算法的精确性和稳定性.本文改进了目前划分聚类算法中没有最优聚类中心点的理论不足,为非监督学习探索了一个新方法.

关键词：划分聚类最优聚类中心广义Fermat点模拟植物生长算法(PGSA) k-Fermat算法

基于源项解耦的物理信息神经网络方法及其在放电等离子体模拟中的应用

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物理学报 2024年第14期73卷 155-166页

作者：方泽潘泳全戴栋张俊勃华南理工大学电力学院广州510641

近年来,以物理信息神经网络(PINNs)为代表的人工智能计算范式在等离子体数值模拟领域获得了极大关注,但相关研究考虑的等离子体化学体系较为简化,且基于PINNs求解更为复杂的多粒子低温等离子体流体模型的研究还尚处空白.本文提出了一个... 详细信息

近年来,以物理信息神经网络(PINNs)为代表的人工智能计算范式在等离子体数值模拟领域获得了极大关注,但相关研究考虑的等离子体化学体系较为简化,且基于PINNs求解更为复杂的多粒子低温等离子体流体模型的研究还尚处空白.本文提出了一个通用的PINNs框架(源项解耦PINNs,Std-PINNs),用于求解多粒子低温等离子体流体模型.Std-PINNs通过引入等效正离子,并将电流连续性方程替代各粒子输运方程作为物理约束,实现了重粒子输运方程源项与电子密度、平均电子能量的解耦,极大降低了训练复杂度.本文通过两个经典放电案例(低气压氩气辉光放电、大气压氦气辉光放电)展示了Std-PINNs在求解多粒子低温等离子体流体模型的应用,并将结果与传统PINNs和有限元(FEM)模型进行了对比.结果显示,传统PINNs输出了完全错误的训练结果,而Std-PINNs与FEM结果之间的L2相对误差能达到约10–2量级,由此验证了Std-PINNs在模拟多粒子等离子体流体模型的可行性.Std-PINNs为低温等离子体模拟提供了新的思路,并拓展了深度学习方法在复杂物理系统建模中的应用.

关键词：物理信息神经网络低温等离子体源项解耦流体模型

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倾斜射流撞壁形成液膜的铺展形态及波动特征

力学学报 2024年第7期56卷 1992-2003页

作者：陈晓东蔡国辉吴二军王博苏煜北京理工大学宇航学院北京100081 北京理工大学医学技术学院北京100081

为了深入理解倾斜射流撞壁液膜表面波的形成演变机理和液膜不同的铺展形态,开展了倾斜射流撞壁的实验观测和数值模拟.使用高速相机记录了不同射流速度和倾角的液膜铺展形态,并通过数值模拟结合实验观测揭示了液膜表面波的形成和演变过程... 详细信息

为了深入理解倾斜射流撞壁液膜表面波的形成演变机理和液膜不同的铺展形态,开展了倾斜射流撞壁的实验观测和数值模拟.使用高速相机记录了不同射流速度和倾角的液膜铺展形态,并通过数值模拟结合实验观测揭示了液膜表面波的形成和演变过程.结果表明随着射流速度的增加,液膜的铺展形态将经历平滑液膜-闭合边缘、波动液膜-闭合边缘和波动液膜-开放边缘3种状态.液膜的铺展高度和宽度与射流速度近似正比关系,但随着液膜边缘的破碎,将会体现非线性变化.随着射流倾角的增加,液膜铺展将从窄变宽,并且液膜边缘形态可由闭合变为开放.射流速度和射流倾角的增加,都会使撞击点上方的区域趋向失稳破碎,导致液膜边缘出现指状结构.射流内的湍流扰动会在撞击壁面后激励起液膜的二维表面波,撞击点附近初始的表面波在下游发展过程中会发生展向演变,出现三维特征.射流速度越快,射流表面扰动越强,液膜表面形成的表面波也越复杂,三维表面波与撞击点越接近.表面波的形成会影响液膜的流动和厚度分布,在波峰处,液膜的流动速度较快,随着下游的发展,波峰的速度将会逐渐减小,在液膜表面还会出现两个波之间追赶的现象.

关键词：倾斜射流撞壁液膜铺展形态表面波动实验观测数值模拟