湖南大学-基于冷却系统数值模型的发动机舱流动阻力特性研究_谷正气

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基于CFD

第８卷㊀第６期２０２３年１１月气体物理ＰＨＹＳＩＣＳＯＦＧＡＳＥＳＶｏｌ.８㊀Ｎｏ.６Ｎｏｖ.２０２３㊀㊀ＤＯＩ:１０.１９５２７/ｊ.ｃｎｋｉ.２０９６￣１６４２.１０８８基于ＣＦＤ/ＣＳＤ耦合的火箭跨声速气动阻尼特性分析李泳德ꎬ㊀郭㊀力ꎬ㊀季㊀辰(中国航天空气动力技术研究院ꎬ北京１０００７４)ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆＴｒａｎｓｏｎｉｃＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃＤａｍｐｉｎｇｏｆＲｏｃｋｅｔｓＢａｓｅｄｏｎＣＦＤ/ＣＳＤＣｏｕｐｌｉｎｇＬＩＹｏｎｇ￣ｄｅꎬ㊀ＧＵＯＬｉꎬ㊀ＪＩＣｈｅｎ(ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＡｅｒｏｓｐａｃｅＡｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓꎬＢｅｉｊｉｎｇ１０００７４ꎬＣｈｉｎａ)摘㊀要:随着新型大推力火箭的发展ꎬ弯曲模态频率的不断降低ꎬ以及流动分离和跨声速飞行时产生的激波震荡等因素ꎬ其在跨声速飞行过程中更容易出现非定常振动发散ꎮ文章以某带助推的运载火箭模型为研究对象ꎬ通过数值计算获取火箭强迫振动时的气动阻尼ꎬ并对影响火箭气动阻尼的因素进行了分析ꎮ包括结构节点位置㊁振动振幅大小㊁脉动压力等ꎮ研究表明:助推主要起到增大气动阻尼的作用ꎻ前节点主要影响收缩段的气动阻尼ꎻ振动振幅大小和脉动压力对气动阻尼的影响可忽略不计ꎮ关键词:气动阻尼ꎻ数值计算ꎻ跨声速ꎻ气动弹性ꎻ运载火箭㊀㊀㊀收稿日期:２０２３￣０９￣２５ꎻ修回日期:２０２３￣１０￣２３第一作者简介:李泳德(１９９５￣)㊀男ꎬ工学硕士ꎬ助理工程师ꎬ主要研究方向为气动弹性分析ꎮＥ￣ｍａｉｌ:５６２０６４１６９＠ｑｑ.ｃｏｍ通信作者简介:季辰(１９８２￣)㊀男ꎬ工学博士ꎬ研究员ꎬ主要研究方向为气动弹性力学ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｊｉｃｈｅｎ１６７＠ｈｏｔｍａｉｌ.ｃｏｍ中图分类号:Ｖ４７５.１㊀㊀文献标志码:ＡＡｂｓｔｒａｃｔ:Ｗｉｔｈｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｎｅｗｈｉｇｈ￣ｔｈｒｕｓｔｒｏｃｋｅｔｓꎬｔｈｅｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｆｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇｍｏｄｅｓｏｆｔｈｅｒｏｃｋｅｔꎬａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｆａｃｔｏｒｓｓｕｃｈａｓｆｌｏｗｓｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｓｈｏｃｋｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｄｕｒｉｎｇｔｒａｎｓｏｎｉｃｆｌｉｇｈｔｍａｋｅｉｔｍｏｒｅｐｒｏｎｅｔｏｎｏｎ￣ｃｏｎｓｔａｎｔｖｉｂｒａｔｉｏｎ.Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒꎬａｌａｕｎｃｈｖｅｈｉｃｌｅｍｏｄｅｌｗｉｔｈｂｏｏｓｔｗａｓｔａｋｅｎａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔꎬａｎｄｔｈｅａｅｒｏｄｙ￣ｎａｍｉｃｄａｍｐｉｎｇｏｆｔｈｅｒｏｃｋｅｔｄｕｒｉｎｇｆｏｒｃｅｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｔｈｒｏｕｇｈｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ.Ｔｈｅｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｄａｍｐｉｎｇｏｆｔｈｅｒｏｃｋｅｔｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄꎬｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｎｏｄｅｓꎬｔｈｅｍａｇｎｉｔｕｄｅｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎａｍ￣ｐｌｉｔｕｄｅꎬｐｕｌｓａｔｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｓｏｏｎ.Ｔｈｅｓｔｕｄｙｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｂｏｏｓｔｍａｉｎｌｙｐｌａｙｓｔｈｅｒｏｌｅｏｆｉｎｃｒｅａｓｉｎｇａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｄａｍｐ￣ｉｎｇａｎｄｔｈｅｆｒｏｎｔｎｏｄｅｍａｉｎｌｙａｆｆｅｃｔｓｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｄａｍｐｉｎｇｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎｓｅｃｔｉｏｎ.Ｔｈｅｖｉｂｒａｔｉｏｎａｍｐｌｉｔｕｄｅｓｉｚｅａｎｄｔｈｅｐｕｌｓａｔｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｈａｖｅａｎｅｇｌｉｇｉｂｌｅｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｄａｍｐｉｎｇ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｄａｍｐｉｎｇꎻｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎꎻｔｒａｎｓｏｎｉｃꎻａｅｒｏｅｌａｓｔｉｃｉｔｙꎻｌａｕｎｃｈｖｅｈｉｃｌｅ引㊀言通常情况下人们认为气动力对火箭的振动起到阻尼作用ꎬ即气动阻尼为正值ꎮ然而随着大推力火箭发展ꎬ火箭的长细比逐渐加大ꎬ导致弯曲刚度越来越小ꎬ同时为了满足有效载荷的外形要求ꎬ火箭头部整流罩尺寸不断加大ꎬ后续箱体的直径却保持不变ꎬ形成了典型的锤头体外形ꎮ国内外大量的火箭研制经验表明[１￣９]ꎬ对于此类锤头体外形火箭的气动设计ꎬ必须要进行动态气动载荷与动态气弹稳定性分析ꎬ否则设计的疏忽可能会导致火箭结构出现毁灭性的破坏进而导致发射失败ꎮ目前常用的衡量气弹稳定性的方法是通过风洞试验来获取气动阻尼系数ꎮ早在１９６３年ꎬ美国国家航空航天局Ａｍｅｓ研究中心(ＮＡＳＡＡｍｅｓＲｅ￣ｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ)采用半刚性模型开展试验研究[１０]ꎬ获取火箭头部的气动阻尼来评估其稳定性ꎬ但这只能用来模拟火箭弯曲振型前节点之前部分的结构动力学特性ꎮ直到兰利研究中心(ＮＡＳＡＬａｎｇｌｅｙＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ)开发了全弹性模型气动阻尼试验气体物理２０２３年㊀第８卷技术ꎬ其可以模拟整体的结构动力学特性以及气动外形ꎬ并应用于多款运载火箭研制[１１￣１５]ꎮ国内ꎬ中国航天空气动力技术研究院对气动阻尼问题开展过较多的研究[１６￣２０]ꎬ从模型设计方法㊁模型制作工艺㊁试验机构设计和数据处理等诸多方面ꎬ逐步改进实现了从半刚性模型到全弹性模型的过渡ꎬ并在多个型号上得到验证ꎮ然而通过风洞试验研究气动弹性问题ꎬ技术难度大ꎬ试验成本高ꎬ同时几乎不可能开展全尺寸试验ꎮ因此通过数值计算的方法开展相关研究是另一种重要的手段ꎮ刘子强等[２１]实现了通过数值计算确定气动阻尼系数的技术和方法ꎬ并与试验结果进行对比ꎬ证实了该方法的可靠性ꎮ冉景洪等[２２]通过模态数据结合准定常理论的方法分析了减阻杆加后体这一弹性结构的气动阻尼ꎬ结果表明减阻杆造成的分离流会对后体的气动阻尼系数产生影响ꎮ朱剑等[２３]针对新一代捆绑式运载火箭发展了非结构网格下的气动阻尼计算方法ꎬ并分析了攻角㊁Ｍａｃｈ数等参数对气动阻尼的影响ꎮ本文在之前的计算方法[２３]的基础上采用ＩＤＤＥＳ模型ꎬ考虑脉动压力的影响ꎬ通过强迫振动的方式ꎬ针对捆绑式运载火箭的某一特定模态进行数值计算仿真ꎬ研究前节点位置ꎬ振动振幅ꎬ脉动压力等参数对气动阻尼的影响规律ꎮ１㊀计算方法图１为本文所用的捆绑式运载火箭的计算模型ꎬ是典型的锤头体结构ꎮ在跨声速阶段ꎬ其头部会产生激波造成激波边界层干扰ꎬ而在锤头体外形的过渡段会出现气流分离ꎮ为探究各部分气动阻尼的变化ꎬ将整个箭体分为头部㊁过渡段㊁弹身３个部分ꎮ图１㊀表面网格及区域划分Ｆｉｇ.１㊀Ｓｕｒｆａｃｅｇｒｉｄａｎｄｒｅｇｉｏｎｄｉｖｉｓｉｏｎ１.１㊀流场仿真模型本文分别用Ｒｅｙｎｏｌｄｓ平均法(Ｒｅｙｎｏｌｄｓ￣ａｖｅｒａｇｅｄＮａｖｉｅｒ￣ＳｔｏｋｅｓꎬＲＡＮＳ)和改进的延迟分离涡模拟(ｉｍｐｒｏｖｅｄｄｅｌａｙｅｄｄｅｔａｃｈｅｄ￣ｅｄｄｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎꎬＩＤ￣ＤＥＳ)[２４￣２５]进行计算ꎬ在ＲＡＮＳ方程中ꎬ将变量分为平均值和波动值两部分ꎬ对于速度分量有ｕｉ＝ｕｉ＋ｕᶄｉ其中ꎬｉ＝１ꎬ２ꎬ３ꎬｕｉ和ｕᶄｉ分别代表平均量和波动量ꎬ对于压强和其他标量也采用类似的形式ꎬ将这种形式代入连续性方程和动量方程中ꎬ并写成张量形式∂ρ∂ｔ＋∂∂ｘｉ(ρｕｉ)＝０(１)∂∂ｔ(ρｕｉ)＋∂∂ｘｊ(ρｕｉｕｊ)＝∂ｐ∂ｘｉ＋∂∂ｘｊμ∂ｕｉ∂ｘｊ＋∂ｕｊ∂ｘｉ－２３δｉｊ∂ｕｋ∂ｘｋæèçöø÷éëêêùûúú＋∂∂ｘｊ(－ρｕᶄｉｕᶄｊ)(２)其中ꎬｉꎬｊꎬｋ可分别取１ꎬ２ꎬ３ꎻρ是密度ꎻｔ是时间ꎻ当ｉ＝ｊ时δｉｊ取０ꎬ否则取１ꎮ式(１)㊁(２)是ＲＡＮＳ方程ꎬ由方程可知ＲＡＮＳ方法将湍流脉动对平均流动的作用模化为Ｒｅｙｎｏｌｄｓ应力项即－ρｕᶄｉｕᶄｊꎬ之后采用湍流模型进行封闭ꎬ本文采用的湍流模型为ＳＳＴｋ￣ω模型ꎬ其输运方程为∂∂ｔ(ρｋ)＋∂∂ｘｉ(ρｋｕｉ)＝∂∂ｘｊΓｋ∂ｋ∂ｘｊæèçöø÷＋Ｇｋ－Ｙｋ∂∂ｔ(ρω)＋∂∂ｘｉ(ρωｕｉ)＝∂∂ｘｊΓω∂ω∂ｘｊæèçöø÷＋Ｇω－Ｙω其中ꎬｋ和ω分别代表湍流动能和湍流耗散率ꎬΓｋ和Γω分别代表ｋ和ω的有效扩散系数ꎬＧｋ和Ｇω分别代表ｋ和ω的生成率ꎬＹｋ和Ｙω分别代表ｋ和ω的耗散率ꎮ因此ＲＡＮＳ方法只能计算大尺度的平均流动ꎬ本文采用ＩＤＤＥＳ方法计算脉动压力对气动阻尼的影响ꎮＩＤＤＥＳ方法是由分离涡模拟(ｄｅｔａｃｈｅｄ￣ｅｄｄｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎꎬＤＥＳ)方法改进而来ꎬ其本质思想与ＤＥＳ方法相同ꎬ是想以网格尺度和模型中的特征尺度隐式划分ＲＡＮＳ和大涡模拟(ｌａｒｇｅ￣ｅｄｄｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎꎬＬＥＳ)区域ꎬ使其既能处理ＲＡＮＳ方法无法得到的脉动场ꎬ也能降低ＬＥＳ方法在模拟高Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数流动时所需的计算资源ꎮ区别在于当边界层较厚或者分离区域较窄时ꎬＤＥＳ方法会出现如模型应力损耗(ｍｏｄｅｌｅｄｓｔｒｅｓｓｄｅｐｌｅｔｉｏｎꎬＭＳＤ)ꎬ网格诱导分离(ｇｒｉｄ￣ｉｎｄｕｃｅｄｓｅｐａｒａｔｉｏｎꎬＧＩＳ)以及对数层不匹配(ｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃ￣ｌａｙｅｒｍｉｓｍａｔｃｈꎬＬＬＭ)问题[２４]ꎬ而ＩＤＤＥＳ模型通过改良计算区域划分ꎬ结合延迟分离涡模拟(ｄｅｌａｙｅｄｄｅｔａｃｈｅｄ￣ｅｄｄｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎꎬＤＤＥＳ)和０３第６期李泳德ꎬ等:基于ＣＦＤ/ＣＳＤ耦合的火箭跨声速气动阻尼特性分析壁面模型大涡模拟(ｗａｌｌ￣ｍｏｄｅｌｅｄｌａｒｇｅ￣ｅｄｄｙｓｉｍｕｌａ￣ｔｉｏｎꎬＷＭＬＥＳ)ꎬ定义新的长度尺度解决了这些问题ꎬ具体公式详见文献[２５]ꎮ流场网格如图２㊁图３所示ꎬ边界层采用棱柱层结构ꎬ并调整第１层网格高度使得ｙ＋小于１ꎬ远场部分采用六面体结构网格ꎬ与边界层的过渡层采用非结构网格ꎮ整体网格单元数量为４.２ˑ１０６ꎮ图２㊀ｙ方向截面网格示意图Ｆｉｇ.２㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｃｒｏｓｓ￣ｓｅｃｔｉｏｎａｌｇｒｉｄｉｎｔｈｅｙ￣ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ图３㊀ｘ方向截面网格示意图Ｆｉｇ.３㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｃｒｏｓｓ￣ｓｅｃｔｉｏｎａｌｇｒｉｄｉｎｔｈｅｘ￣ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ物面边界条件为无滑移壁面条件ꎬ远场采用压力远场边界条件ꎬ湍流模型采用ＳＳＴｋ￣ω模型ꎬ采用密度基求解ꎬ气体黏性采用Ｓｕｔｈｅｒｌａｎｄ定律ꎬ空间离散采用２阶迎风格式ꎬ对流通量采用Ｒｏｅ格式ꎮ１.２　结构分析模型结构与流场耦合分析过程中ꎬ结构部分可以采用模态方法描述ꎮ结构模态可以通过有限元方法与结构模态试验方法获得ꎮ本文采用有限元分析结果获得的模态ꎬ图４所示为结构的前３阶模态ꎬ本文只分析计算结果中气动阻尼最小的第２阶模态ꎮ(ａ)ｆ＝１.２００Ｈｚ(ｂ)ｆ＝２.４６０Ｈｚ(ｃ)ｆ＝２.９５７Ｈｚ图４㊀结构的前３阶模态Ｆｉｇ.４㊀Ｆｉｒｓｔｔｈｒｅｅｍｏｄｅｓｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ由于火箭结构外形简单ꎬ一般不考虑其扭转影响ꎬ因此可以将其简化为简单的梁模型ꎬ这样就可以给出其模态振动方程ｑ㊆ｉ＋２ｂｉωｉｑ˙ｉ＋ω２ｉｑｉ＝ｆｉ(３)式中ꎬｑｉ为第ｉ阶模态的广义位移ꎬｂｉ为第ｉ阶模态的结构阻尼系数ꎬωｉ为第ｉ阶模态的固有频率ꎬ１３气体物理２０２３年㊀第８卷ｆｉ为第ｉ阶模态下质量归一化的广义气动力ꎮ若将ｆｉ按照Ｔａｙｌｏｒ展开并略去高阶项ꎬ可以将其转化为气动阻尼项与气动刚度项的形式ꎬ则式(３)可写为ｑ㊆ｉ＋２(ｂｉ＋Ｂｉ)ωｉｑ˙ｉ＋(Ｋｉ＋１)ω２ｉｑｉ＝０(４)式中ꎬＢｉ为气动阻尼系数ꎬＫｉ为气动刚度系数ꎬ研究表明[２６]ꎬ气动刚度相对于结构刚度为小量可以忽略不计ꎬ而在计算中结构阻尼往往设置为０ꎬ因此气动阻尼可以直接反映其气弹稳定性ꎮ１.３㊀气动阻尼分析原理气动阻尼的分析可以采用强迫振动或者自由振动的方式进行ꎬ这两种方法获得的时域数据不同ꎬ提取气动阻尼的方式也不同ꎮ强迫振动方法初始演化过程较短ꎬ因此计算量较小ꎬ同时能够分析某一种振动形式的气动阻尼ꎬ明确该振动形式是收敛还是发散ꎮ分析过程中能够获得不同部位与部件的气动阻尼ꎮ但是对于多模态相互作用引起的发散(例如颤振)较难预测ꎮ自由振动方法需要一定的自由演化时间才能够对时域数据进行分析ꎬ不过自由振动方法能够获得最能够吸收能量的模态及其振动频率ꎮ对于本研究所关注的问题ꎬ气动载荷对结构振动的过程中气动阻尼的影响较大ꎬ而对气动刚度与气动质量影响较小ꎬ即结构的固有振动频率受到来流的影响较小ꎬ其稳定性问题主要由气动阻尼的正㊁负引起ꎬ所以采用强迫振动方法分析ꎮ强迫振动下结构做简谐模态振动ｑｉ(ｔ)＝Ａｓｉｎ(ωｉｔ)式中ꎬＡ表示振动的振幅ꎬ将其代入计算气动力的公式中[２１]并做正交积分可得Ｂｉ＝ʏｌ０Ｂｘ(ｘ)ｄｘ＝－１ＭｉＡω２ｉＴʏｌ０ʏｔ０＋Ｔｔ０Ｇ(ｘꎬｔ)ｃｏｓ(ωｉｔ)ｄｔｄｘ(５)式中ꎬＭｉ为第ｉ阶模态的模态质量ꎬＴ为整数倍周期ꎬＧ为广义气动力ꎮ根据式(５)便可以得到局部或分区域的气动阻尼ꎮ１.４㊀耦合计算流程首先进行模态分析ꎬ以确定结构的模态频率与振型ꎬ用以设计强迫振动的频率和振幅ꎮ非定常流场计算前先进行定常流场计算ꎬ来加快非定常计算的演化速度并增强收敛性ꎬ结构节点位移通过径向基函数(ＲＢＦ)插值方法[２７]映射到气动网格节点上ꎬ来进行网格的变形ꎬ这里径向基函数选用ＷｅｎｄｌａｎｄＣ２ꎬ如下所示φ(ｘ)＝(１－ｘ)４(４ｘ＋１)最后将计算出来的广义力提取出来ꎬ截取演化完毕的整数倍周期ꎬ进行气动阻尼计算ꎮ耦合计算流程图如图５所示ꎮ图５㊀耦合计算流程图Ｆｉｇ.５㊀Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｃｏｕｐｌｅｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ２㊀结果分析与讨论２.１㊀流场分析结果计算的来流Ｍａｃｈ数范围为０.７~１.２ꎮ其中中截面的压力分布如图６所示ꎮ可以看出在头部出现了膨胀波以及跨声速激波ꎬ在过渡段存在流动分离ꎬ随着Ｍａｃｈ数的增大ꎬ头部低压区域逐渐扩张ꎬ并且能明显看到ꎬ在流动再附的位置产生了再附激波ꎮ(ａ)Ｍａ＝０.７０２３第６期李泳德ꎬ等:基于ＣＦＤ/ＣＳＤ耦合的火箭跨声速气动阻尼特性分析(ｂ)Ｍａ＝０.７５(ｃ)Ｍａ＝０.８０(ｄ)Ｍａ＝０.８５(ｅ)Ｍａ＝０.８８(ｆ)Ｍａ＝０.９０(ｇ)Ｍａ＝０.９２(ｈ)Ｍａ＝０.９６(ｉ)Ｍａ＝０.９８３３气体物理２０２３年㊀第８卷(ｊ)Ｍａ＝１.００(ｋ)Ｍａ＝１.０５(ｌ)Ｍａ＝１.１０图６㊀不同Ｍａｃｈ数下的中截面压力分布Ｆｉｇ.６㊀ＰｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｔｈｅｍｉｄｄｌｅｓｅｃｔｉｏｎａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔＭａｃｈｎｕｍｂｅｒｓ２.２　气动阻尼分布通过上述流场分析ꎬ可以看出火箭不同部位流动结构并不相同ꎬ在头部与箭身上ꎬ流动主要为附着流动ꎬ而在过渡段会出现较为复杂的波系结构以及流动分离ꎮ针对不同的流动结构随流向站位ｘ的变化ꎬ设该位置上广义力与广义位移的相位差为φ(ｘ)ꎬ并且简谐振动没有引入其他模态的广义力ꎬ则广义力的表达式为Ｇ(ｘꎬｔ)＝Ｆｇｅｎｓｉｎ[ωｔ＋φ(ｘ)]＋Ｆ０(６)其中ꎬＦｇｅｎ为广义力的振动幅度ꎬＦ０为广义力的常数偏移量ꎮ将式(６)代入到式(５)中得到Ｂ(ｘ)＝－ＦｇｅｎＭＡω２Ｔʏｔ０＋Ｔｔ０ｓｉｎ[ωｔ＋φ(ｘ)]ｃｏｓ(ωｔ)ｄｔ其中ꎬ广义力的常数偏移量Ｆ０的积分为０ꎬ因此省略ꎮ通过将等式中的正弦函数部分进行和差化积得到Ｂ(ｘ)＝－ＦｇｅｎＭＡω２Ｔʏｔ０＋Ｔｔ０ｓｉｎ(ωｔ)ｃｏｓ[φ(ｘ)]ｃｏｓ(ωｔ)ｄｔ＋[ʏｔ０＋Ｔｔ０ｓｉｎ[φ(ｘ)]ｃｏｓ(ωｔ)ｃｏｓ(ωｔ)ｄｔ](７)式(７)中第１部分在整个周期中的积分为０ꎬ只有第２部分保留ꎬ因此得到Ｂ(ｘ)＝－Ｆｇｅｎｓｉｎ[φ(ｘ)]ＭＡω２Ｔʏｔ０＋Ｔｔ０ｃｏｓ２(ωｔ)ｄｔ(８)式(８)中积分部分恒为正值ꎬ决定整个气动阻尼的部分只有相位角φ(ｘ)的正弦值ｓｉｎ[φ(ｘ)]ꎬ为了能够更加直观地获得相位角与气动阻尼Ｂ之间的关系ꎬ须将符号转化为对应的正弦函数转角ꎬ根据正弦关系ꎬ此转角为πꎬ因此得到Ｂ(ｘ)＝－Ｆｇｅｎ(ｘ)ｓｉｎ[φ(ｘ)＋π]ＭＡω２Ｔʏｔ０＋Ｔｔ０ｃｏｓ２(ωｔ)ｄｔ(９)图７为气动阻尼变化曲线ꎬ可以看出随着Ｍａｃｈ数的增大ꎬ整体气动阻尼先增大后减少ꎬ在Ｍａｃｈ数为０.９８时达到最大值ꎬ过渡段与箭体的气动阻尼变化趋势与整体基本相同ꎬ而头部区域则不同ꎬ是随着Ｍａｃｈ数的增大一直增大ꎬ只是增长速率变缓ꎮ图７㊀有助推时气动阻尼变化曲线Ｆｉｇ.７㊀Ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｄａｍｐｉｎｇｃｈａｎｇｅｃｕｒｖｅｗｉｔｈｂｏｏｓｔ根据式(９)ꎬ得到相位角与气动阻尼Ｂ之间的关系为:当φ(ｘ)ɪ(－πꎬ０)时ꎬ相位角滞后ꎬ气动阻尼Ｂ为负值ꎻ当φ(ｘ)ɪ(０ꎬπ)ꎬ相位角提前ꎬ４３第６期李泳德ꎬ等:基于ＣＦＤ/ＣＳＤ耦合的火箭跨声速气动阻尼特性分析气动阻尼Ｂ为正值ꎻ为当φ(ｘ)＝０时ꎬ无相位角差别ꎬ气动阻尼Ｂ为０ꎮ在过渡段上ꎬ复杂的波系结构以及流动分离ꎬ使得气动力与结构位移之间会出现较为明显的迟滞现象ꎬ从而导致相位角φ(ｘ)ɪ(－πꎬ０)ꎬ由此在过渡段上产生了负的气动阻尼ꎮ计算过程中的广义力与广义位移随时间变化曲线如图８所示ꎬ可以看出所有工况计算结果都表现良好ꎬ需要注意的是在非定常计算初期ꎬ演化的不完全导致广义力存在一些突变异常的结果ꎬ计算气动阻尼时须剔除ꎬ选择后面演化完全的周期ꎮ本文计算了９个周期ꎬ剔除了第１个周期出现的错误结果ꎬ采用后８个周期进行气动阻尼分析ꎮ强迫运动振幅为芯级直径的０.５％ꎮ(ａ)Ｍａ＝０.７０㊀㊀㊀(ｂ)Ｍａ＝０.７５(ｃ)Ｍａ＝０.８０㊀㊀㊀(ｄ)Ｍａ＝０.８５(ｅ)Ｍａ＝０.８８㊀㊀㊀(ｆ)Ｍａ＝０.９０５３气体物理２０２３年㊀第８卷(ｇ)Ｍａ＝０.９２㊀㊀㊀(ｈ)Ｍａ＝０.９６(ｉ)Ｍａ＝０.９８㊀㊀㊀(ｊ)Ｍａ＝１.００(ｋ)Ｍａ＝１.０５㊀㊀㊀(ｌ)Ｍａ＝１.１０图８㊀不同工况下的广义力与广义位移随时间变化曲线Ｆｉｇ.８㊀Ｔｉｍｅｄｅｐｅｎｄｅｎｔｃｕｒｖｅｓｏｆｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄｆｏｒｃｅａｎｄｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｏｐｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ２.３㊀气动阻尼影响因素２.３.１㊀有无助推对气动阻尼的影响捆绑式运载火箭相比于传统的运载火箭ꎬ最大的区别就是在尾部四周捆绑了助推器ꎬ使得其流场特性变得复杂ꎬ因此须分析其对气动阻尼的影响ꎮ图７㊁图９分别为有无助推时气动阻尼变化曲线ꎬ可以看出随着Ｍａｃｈ数的增大整体气动阻尼先增大后减少ꎬ在Ｍａｃｈ数为０.９８时达到最大值ꎬ过６３第６期李泳德ꎬ等:基于ＣＦＤ/ＣＳＤ耦合的火箭跨声速气动阻尼特性分析渡段与箭体的气动阻尼变化趋势与整体基本相同ꎬ而头部区域则不同ꎬ是随着Ｍａｃｈ数的增大一直增大ꎬ只是增长速率变缓ꎮ对比两个图可知ꎬ助推主要起增大气动阻尼的作用ꎮ还可以看出有无助推情况下头部的气动阻尼变化很小ꎬ意味着在箭体尾部施加控制很难影响到头部的气动阻尼ꎬ特别是在超声速流场中ꎮ图９㊀无助推时气动阻尼变化曲线Ｆｉｇ.９㊀Ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｄａｍｐｉｎｇｃｈａｎｇｅｃｕｒｖｅｗｉｔｈｏｕｔｂｏｏｓｔ２.３.２㊀前节点位置影响为了考察前节点位置变化对气动阻尼的影响ꎬ在保持振动频率不变㊁头部最大振型位置与振幅不变的条件下移动前节点ꎬ变化后的振型如图１０所示ꎮ(ａ)Ｆｒｏｎｔｎｏｄｅａｆｔｅｒｔｈｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｒｅｇｉｏｎ(ｂ)Ｆｒｏｎｔｎｏｄｅｉｎｔｈｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｒｅｇｉｏｎ(ｃ)Ｆｒｏｎｔｎｏｄｅｂｅｆｏｒｅｔｈｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｒｅｇｉｏｎ图１０㊀前节点变化后的振型Ｆｉｇ.１０㊀Ｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｏｄｅａｆｔｅｒｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｆｏｒｍｅｒｎｏｄｅ根据对计算结果的分析分别获得了不同前节点位置的整体气动阻尼对比与过渡段气动阻尼对比ꎬ如图１１㊁图１２所示ꎬ可以看出前节点位置的改变并没有影响整体气动阻尼随Ｍａｃｈ数增大而增大的趋势ꎬ且前节点在过渡段上与过渡段前的整体气动阻尼相差不大ꎬ而前节点在过渡段后的整体气动阻尼要高于另两种情况ꎬ因此过渡段与头部放在同一侧有助于提高气动阻尼ꎮ过渡段的气动阻尼会随着前节点的变化发生剧烈改变ꎬ前节点在过渡段前后随Ｍａｃｈ数增大的变化规律相反ꎬ节点前后的振动相位变化导致不同节点位置过渡段的振动相位不同ꎬ进而导致气动阻尼发生变化ꎮ图１１㊀不同节点位置的整体气动阻尼Ｆｉｇ.１１㊀Ｏｖｅｒａｌｌａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｄａｍｐｉｎｇａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｎｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｓ图１２㊀不同节点位置的过渡段气动阻尼Ｆｉｇ.１２㊀Ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｄａｍｐｉｎｇｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｒｅｇｉｏｎａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｎｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｓ２.３.３㊀强迫振动振幅大小对气动阻尼的影响为了考察强迫振动振幅大小对气动阻尼的影响ꎬ在保证流场结构不发生改变的前提下ꎬ振动振幅分别为原来的一半和两倍ꎬ根据工程经验ꎬ如果振幅超过芯级直径的５％ꎬ则须考虑流场结构改变所造成的影响ꎮ图１３㊁图１４分别为不同振幅下的整体与头部气动阻尼ꎮ７３气体物理２０２３年㊀第８卷图１３㊀不同振幅下整体气动阻尼Ｆｉｇ.１３㊀Ｏｖｅｒａｌｌａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｄａｍｐｉｎｇａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｍｐｌｉｔｕｄｅｓ图１４㊀不同振幅下头部气动阻尼Ｆｉｇ.１４㊀Ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｄａｍｐｉｎｇｏｆｔｈｅｈｅａｄｒｅｇｉｏｎａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｍｐｌｉｔｕｄｅｓ可以发现改变振幅无论是对整体气动阻尼还是头部气动阻尼来说变化都很小ꎬ这意味着气动阻尼的大小主要取决于气动力与结构振动的相位差ꎬ不依赖于振动幅度的大小ꎮ２.３.４㊀脉动压力对气动阻尼的影响为了模拟出脉动压力的影响ꎬ采用ＩＤＤＥＳ方法对火箭气动阻尼进行计算ꎬ计算来流Ｍａｃｈ数为０.９２ꎬ计算过程中的广义力与广义位移如图１５所示ꎬ相较于图８可以看出广义力随时间变化曲线并不光滑ꎬ脉动压力的存在导致广义力由多个频率叠加而成ꎮ由于第２阶模态的频率为２.４６Ｈｚꎬ而由分离流㊁激波振荡等引起的脉动压力频率往往远大于此频率ꎬ因此这里选择３.５Ｈｚ为分界ꎬ将高于３.５Ｈｚ的部分视为由抖振脉动压力引起的广义力ꎬ低于３.５Ｈｚ的部分视为强迫振动引起的广义力ꎬ通过低通滤波把高于３.５Ｈｚ的广义力滤掉ꎬ可以获得由强迫振动引起的广义力与广义位移变化曲线ꎬ如图１６所示ꎬ通过此广义力计算的气动阻尼为２.０８ɢꎮ同样地ꎬ进行高通滤波将低于３.５Ｈｚ的广义力滤掉ꎬ可以获得由抖振脉动压力引起的气动阻尼为(２.９４ˑ１０－３)ɢꎬ由此得到脉动压力引起的气动阻尼变化为０.１４％ꎬ可以忽略不计ꎮ同时使用ＲＡＮＳ方法计算的气动阻尼为２.０７ɢꎬ与ＩＤＤＥＳ的计算结果相比误差约为(２.９４ˑ１０－３＋２.０８－２.０７)/２.０７ʈ０.４８％ꎬ这说明针对气动阻尼的模拟ꎬ抖振引起的脉动压力对气动阻尼的计算结果影响很小ꎬ起主要作用的还是广义力的变化ꎬ该变化由强迫振动引起的结构边界变化所导致ꎮ图１５㊀基于ＩＤＤＥＳ的广义力与广义位移变化曲线Ｆｉｇ.１５㊀ＶａｒｉａｔｉｏｎｃｕｒｅｓｏｆｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄｆｏｒｃｅａｎｄｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｂａｓｅｄｏｎＩＤＤＥＳ图１６㊀滤波后的广义力与广义位移变化曲线Ｆｉｇ.１６㊀Ｖａｒｉａｔｉｏｎｃｕｒｅｓｏｆｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄｆｏｒｃｅａｎｄｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｖａｒｉａｔｉｏｎｃｕｒｖｅａｆｔｅｒｆｉｌｔｅｒｉｎｇ３㊀结论本文通过数值计算方法研究了火箭的气动阻尼特性ꎮ根据流动特征分析与理论推导ꎬ发现火箭过渡段几何外形的收缩导致该区域出现复杂的分离与激波结构ꎬ从而造成了气动力相对于结构振动８３第６期李泳德ꎬ等:基于ＣＦＤ/ＣＳＤ耦合的火箭跨声速气动阻尼特性分析相位的滞后ꎬ导致了该区域为气动负阻尼ꎬ即气动不稳定性的主要来源ꎮ在此机理的基础上ꎬ分析了前节点位置㊁振动振幅㊁脉动压力等因素对气动阻尼的影响规律ꎮ可以得出以下结论:１)助推增加了正阻尼区域的面积ꎬ从而相对于没有助推的构型起到了增加气动阻尼的作用ꎮ２)前节点位置的改变对过渡段气动阻尼影响很大ꎬ节点前后的振动方向相反ꎬ导致节点在过渡段前后的气动阻尼变化规律也截然相反ꎬ将过渡段与头部区域放在节点的同一侧有助于增加气动阻尼ꎮ３)在不改变流场结构的前提下ꎬ改变振动的振幅ꎬ气动力也会产生相应幅度的变化ꎬ因此结构振幅对气动阻尼的影响可忽略不计ꎮ４)高频部分的广义力对气动阻尼的贡献很小ꎬ即结构振动引起的广义力变化对气动阻尼起主要作用ꎬ而脉动压力对计算气动阻尼影响不大ꎬ可忽略不计ꎮ参考文献(Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ)[１]㊀ＣｏｅＣＦ.Ｓｔｅａｄｙａｎｄｆｌｕｃｔｕａｔｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅｓａｔｔｒａｎｓｏｎｉｃｓｐｅｅｄｓｏｎｔｗｏｓｐａｃｅ￣ｖｅｈｉｃｌｅｐａｙｌｏａｄｓｈａｐｅ[Ｒ].ＮＡＳＡＴＭＸ￣５０３ꎬ１９６１.[２]ＣｏｌｅＳＲＪｒꎬＨｅｎｎｉｎｇＴＬꎬＲａｉｎｅｙＡＧ.ＮＡＳＡｓｐａｃｅｖｅ￣ｈｉｃｌｅｄｅｓｉｇｎｃｒｉｔｅｒｉａ[Ｒ].ＮＡＳＡＳＰ￣８００１(ＲＥＶ)ꎬ１９６４. 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[１４]ＤｏｔｓｏｎＫＷ.Ｔｒａｎｓｉｅｎｔｃｏｕｐｌｉｎｇｏｆｌａｕｎｃｈｖｅｈｉｃｌｅｂｅｎｄｉｎｇｒｅｓｐｏｎｓｅｓｗｉｔｈａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｆｌｏｗｓｔａｔｅｖａｒｉａｔｉｏｎｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｐａｃｅｃｒａｆｔａｎｄＲｏｃｋｅｔｓꎬ２００１ꎬ３８(１):９７￣１０４.[１５]ＣｏｌｅＳＲꎬＨｅｎｎｉｎｇＴＬ.Ｂｕｆｆｅｔｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆａｈａｍｍｅｒｈｅａｄｌａｕｎｃｈｖｅｈｉｃｌｅｗｉｎｄ￣ｔｕｎｎｅｌｍｏｄｅｌ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｐａｃｅｃｒａｆｔａｎｄＲｏｃｋｅｔｓꎬ１９９２ꎬ２９(３):３７９￣３８５.[１６]崔尔杰.流固耦合力学研究与应用进展[Ｃ].钱学森科学贡献暨学术思想研讨会论文集ꎬ２００１.ＣｕｉＥＪ.Ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｆｌｕｉｄ￣ｓｔｒｕｃ￣ｔｕｒｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｍｅｃｈａｎｉｃｓ[Ｃ].ＰｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆＳｅｍｉｎａｒｏｆＱｉａｎＸｕｅｓｅｎＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＣｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓａｎｄＡｃａｄｅｍｉｃＴｈｏｕｇｈｔｓꎬ２００１(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ).[１７]冯明溪ꎬ王志安.火箭跨音速动导数和抖振实验[Ｊ].宇航学报ꎬ１９８７(１):５５￣６３.ＦｅｎｇＭＸꎬＷａｎｇＺＡ.Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｏｆｔｒａｎｓｏｎｉｃｄｅｒｉｖａ￣ｔｉｖｅｓａｎｄｂｕｆｆｅｔｉｎｇｏｆｒｏｃｋｅｔ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓꎬ１９８７(１):５５￣６３(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ).[１８]白葵ꎬ冯明溪.弹性模型实验技术[Ｊ].流体力学实验与测量ꎬ１９９９ꎬ１３(１):３８￣４２.ＢａｉＫꎬＦｅｎｇＭＸ.Ａｅｒｏｅｌａｓｔｉｃｍｏｄｅｌａｎｄｔｈｅｂｕｆｆｅｔｅｘ￣ｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅ[Ｊ].ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓａｎｄＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓｉｎＦｌｕｉｄＭｅｃｈａｎｉｃｓꎬ１９９９ꎬ１３(１):３８￣４２(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ). [１９]ＪｉＣꎬＲａｎＪＨꎬＬｉＦꎬｅｔａｌ.Ｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｄａｍｐｉｎｇ９３气体物理２０２３年㊀第８卷ｔｅｓｔｏｆｅｌａｓｔｉｃｌａｕｎｃｈｖｅｈｉｃｌｅｍｏｄｅｌｉｎｔｒａｎｓｏｎｉｃｆｌｏｗ[Ｃ].Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ６４ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｎ￣ｇｒｅｓｓꎬ２０１３.[２０]季辰ꎬ吴彦森ꎬ何岗ꎬ等.运载火箭气动阻尼风洞试验研究[Ｃ].第十二届全国空气弹性学术交流会论文集ꎬ２０１１.ＪｉＣꎬＷｕＹＳꎬＨｅＧꎬｅｔａｌ.Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎａｅｒｏ￣ｄｙｎａｍｉｃｄａｍｐｉｎｇｗｉｎｄｔｕｎｎｅｌｏｆｌａｕｎｃｈｖｅｈｉｃｌｅ[Ｃ].Ｐｒｏ￣ｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ１２ｔｈＮａｔｉｏｎａｌＡｅｒｏｅｌａｓｔｉｃｉｔｙＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅꎬ２０１１(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ).[２１]刘子强ꎬ白葵ꎬ毛国良ꎬ等.锤头体弹性振动跨音速气动阻尼系数的确定[Ｊ].宇航学报ꎬ２００２ꎬ２３(６):１￣７.ＬｉｕＺＱꎬＢａｉＫꎬＭａｏＧＬꎬｅｔａｌ.Ｔｈｅｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｄａｍｐｉｎｇｏｎｈａｍｍｅｒｈｅａｄｌａｕｎｃｈｖｅｈｉｃｌｅｓａｔｔｒａｎｓｏｎｉｃｓｐｅｅｄｓ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓꎬ２００２ꎬ２３(６):１￣７(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ).[２２]冉景洪ꎬ刘子强ꎬ胡静ꎬ等.减阻杆气动阻尼研究[Ｊ].力学学报ꎬ２０１４ꎬ４６(４):６３６￣６４１.ＲａｎＪＨꎬＬｉｕＺＱꎬＨｕＪꎬｅｔａｌ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｆａｅｒｏ￣ｄａｍｐｉｎｇｆｏｒｂｌｕｎｔｗｉｔｈｓｐｉｋｅ[Ｊ].ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｈｅ￣ｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄＡｐｐｌｉｅｄＭｅｃｈａｎｉｃｓꎬ２０１４ꎬ４６(４):６３６￣６４１(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ).[２３]朱剑ꎬ冉景洪ꎬ吴彦森ꎬ等.捆绑式运载火箭的气动阻尼数值计算方法[Ｃ].第十三届全国空气弹性学术交流会论文集.哈尔滨:中国力学学会ꎬ中国空气动力学会ꎬ２０１３.ＺｈｕＪꎬＲａｎＪＨꎬＷｕＹＳꎬｅｔａｌ.Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｆｏｒａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｄａｍｐｉｎｇｏｆｂｕｎｄｌｅｌａｕｎｃｈｖｅｈｉｃｌｅｓ[Ｃ].Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ１３ｔｈＮａｔｉｏｎａｌＡｅｒｏｅｌａｓｔｉｃｉｔｙＣｏｎ￣ｆｅｒｅｎｃｅ.Ｈａｒｂｉｎ:ＣｈｉｎｅｓｅＳｏｃｉｅｔｙｏｆＴｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄＡｐ￣ｐｌｉｅｄＭｅｃｈａｎｉｃｓꎬＣｈｉｎａＡｅｒｏｍｅｃｈａｎｉｃｓＳｏｃｉｅｔｙꎬ２０１３(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ).[２４]ＳｐａｌａｒｔＰＲ.Ｄｅｔａｃｈｅｄ￣ｅｄｄｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ[Ｊ].ＡｎｎｕａｌＲｅｖｉｅｗｏｆＦｌｕｉｄＭｅｃｈａｎｉｃｓꎬ２００９ꎬ４１:１８１￣２０２. [２５]ＧｒｉｔｓｋｅｖｉｃｈＭＳꎬＧａｒｂａｒｕｋＡＶꎬＳｃｈüｔｚｅＪꎬｅｔａｌ.Ｄｅｖｅｌ￣ｏｐｍｅｎｔｏｆＤＤＥＳａｎｄＩＤＤＥＳｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｋ￣ωｓｈｅａｒｓｔｒｅｓｓｔｒａｎｓｐｏｒｔｍｏｄｅｌ[Ｊ].ＦｌｏｗꎬＴｕｒｂｕｌｅｎｃｅａｎｄＣｏｍｂｕｓｔｉｏｎꎬ２０１２ꎬ８８(３):４３１￣４４９.[２６]季辰ꎬ吴彦森ꎬ侯英昱ꎬ等.捆绑式运载火箭跨声速气动阻尼特性试验研究[Ｊ].实验流体力学ꎬ２０２０ꎬ３４(６):２４￣３１.ＪｉＣꎬＷｕＹＳꎬＨｏｕＹＹꎬｅｔａｌ.Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｆａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｄａｍｐｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆａｌａｕｎｃｈｖｅｈｉｃｌｅｗｉｔｈｂｏｏｓｔｅｒｓｉｎｔｒａｎｓｏｎｉｃｆｌｏｗ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｉｎＦｌｕｉｄＭｅｃｈａｎｉｃｓꎬ２０２０ꎬ３４(６):２４￣３１(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ). [２７]ＡｌｌｅｎＣꎬＲｅｎｄａｌｌＴＣＳ.ＵｎｉｆｉｅｄａｐｐｒｏａｃｈｔｏＣＦＤ￣ＣＳＤｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎａｎｄｍｅｓｈｍｏｔｉｏｎｕｓｉｎｇｒａｄｉａｌｂａｓｉｓｆｕｎｃｔｉｏｎｓ[Ｒ].ＡＩＡＡ２００７￣３８０４ꎬ２００７.０４。

西安工程大学学报2023年总目次

西安工程大学学报2023年总目次Ә纺织科学与工程亚麻短纤维增强硅橡胶复合材料的力学性能周子祥,等第1期(1) 新媒体广告推送方式对服装购买意愿的影响周捷,等第1期(6) 台湾高山族传统服饰中的刺绣针法赖文蕾,等第1期(14) 基于K A N O 模型的冲锋衣口袋款式需求周捷,等第2期(1) 基于P S O 的G P C -P I D 的细纱机锭速控制算法王延年,等第2期(9) B i O B r 光热超疏水涂层制备及其防冰除冰性能张彩宁,等第3期(1) 基于C u NW s /A g NWs /棉纺织品的疏水性可穿戴压力传感器屈银虎,等第3期(7) P B O 纤维湿法非织造材料热压工艺李志刚,等第3期(15) 基于逆向工程的青年女性夜跑服设计薛媛,等第3期(21) 可活动式男体立裁人台手臂的研制方法对比许珂,等第3期(28) 基于岭回归的改良新唐装款式设计周捷,等第4期(1) 基于感知风险与感知价值的婚纱租赁接受意愿影响因素张云鹤,等第4期(8) 服装品牌社交电商平台宣传策略对消费者购买意愿的影响:以小红书为例冯润榴,等第4期(16) 基于深度置信网络的缝纫平整度客观评价模型胡胜,等第4期(25) 基于图像特征的纱线条干均匀度实时检测宋栓军,等第4期(32) 改进自抗扰下的细纱机卷绕系统控制策略廉继红,等第4期(40) Ә环境工程·化学化工面向I G B T 模块的冷却方式及微通道冷却在I G B T 中的应用研究吴曦蕾,等第1期(21) 自然条件下水冷捕获量的建模与验证孙铁柱,等第1期(38) 有机氟丙烯酸树脂/S i O 2超疏水涂层的制备与性能赵亚梅,等第1期(46) 低共熔溶剂辅助酶法制备稀有人参皂苷C K 樊雨柔,等第1期(54) 纳米Z r O 2/Z n -A l -C 涂层在模拟地热水中的防腐性能余嵘,等第1期(62) R s -198液体有机菌肥制备及其促生性能研究朱双喜,等第1期(71) 好氧颗粒污泥对活性黑5染料的降解陈希,等第2期(32) 基于A i r p a k 的某建筑工地活动板房室内热环境数值模拟狄育慧,等第2期(40) 延河底泥的重金属分布特征和生态风险评价王理明,等第2期(47) 酿酒酵母启动子的克隆及特性表征孙琳琳,等第3期(51) 复合微生物腐解菌剂的制备及其菌渣堆肥性能李方向,等第3期(59) 蒸发冷却空调水质及处理方法的适用性黄翔,等第3期(66) I n 2S 3/U i O -67异质结的构筑及可见光催化清除C r (Ⅵ)和R h B 袁童乐,等第4期(64) MA -S A S -H E MA 三元共聚物的合成及其阻垢性能余嵘,等第4期(74) Ә电子信息与机电工程基于改进U N e t 模型的原棉杂质图像分割方法许涛,等第1期(77) 含典型缺陷的风电塔筒环焊缝强度分析成小乐,等第1期(84)动态调整蚁群算法启发因子的A G V 路径规划沈丹峰,等第1期(93) 基于改进E S O 的柔性机械臂自抗扰-滑模组合控制朱其新,等第1期(103) 智能投影电视意象耦合造型仿生设计高小针,等第1期(112) 基于纵向阻抗的变压器虚拟相位保护夏经德,等第2期(54) 电网频率控制的新型三电平光储一体机王刚,等第2期(63) 自适应变分模态分解与R C N N -3结合的扬声器异常声分类方法周静雷,等第2期(71) 基于B P 神经网络的电磁阀多目标优化设计沈丹峰,等第2期(79) 渐进式深度网络下盲运动图像去模糊方法王晓华,等第3期(74) 改进D *算法下的无人机三维路径规划汪小帅,等第3期(83) 多尺度混合注意力网络的图像超分辨率重建李云红,等第3期(92) 融合直觉模糊灰色理论的制造云服务Q o S 评价方法陈君,等第3期(101) 基于双源自适应知识蒸馏的轻量化图像分类方法张凯兵,等第4期(82) 结合先验知识与深度强化学习的机械臂抓取研究缪刘洋,等第4期(92) 基于浸入与不变自适应的机械臂轨迹跟踪控制方法汤元会,等第4期(102) 局部遮荫下基于I P &O -S S A 的M P P T 控制研究王延年,等第4期(110) 改进D e e p L a b V 3+下的轻量化烟雾分割算法陈鑫,等第4期(118) 基于新型特征增强与融合的雾天目标检测方法朱磊,等第6期(106) 用于自动驾驶的双注意力机制语义分割方法王延年,等第6期(114) 优化脉振高频信号注入的P M S M 无位置传感器控制方法张蕾,等第6期(121) T 型受限微通道内液滴生成特性数值模拟袁越锦,等第6期(129) 联合边界感知和多特征融合的点云语义分割方法卢健,等第6期(137) 基于改进R N N 多源融合算法的网络异构信息集成管理系统李麟,等第6期(145) 基于胶囊网络的入侵检测模型赵旭,等第1期(119) 小数据集下基于改进QMA P 算法的B N 参数学习陈海洋,等第1期(126) 基于E f f i c i e n t F a c e N e t s 的大规模自然场景人脸识别张凯兵,等第2期(87) 多策略改进的麻雀搜索算法及应用薛涛,等第2期(96) 多视角原型对比学习的小样本意图识别模型张晓滨,等第2期(105) Ә材料科学时效处理对20C r 渗碳钢制高速直线导轨组织及性能影响王俊勃,等第2期(17) 不同溅射气压下T i N 薄膜的制备及其性能徐洁,等第2期(25) 包覆铜粉的制备及其电磁吸波性能刘毅,等第3期(36) N i O 改性纳米多孔A g 电催化氧化硼氢化钠性能研究宋衍滟,等第3期(44) 不同溅射功率下C o C r F e N i C u 高熵合金涂层的耐腐蚀及其抗氧化性能王彦龙,等第4期(48) 钕钆变质镁铝基合金的固溶及时效行为杨建东第4期(56) Ә基础科学线性回归模型多变点的L A D -L A S S O 估计王珊,等第2期(113) 引入正弦余弦算子和新自花授粉的花授粉算法张超,等第2期(119)基于多源特征和双向门控循环单元的抗高血压肽识别贺兴时,等第3期(109) 一类具有时滞的S e l k o v 模型的H o p f 分歧分析马亚妮,等第3期(115) 具有恐惧和强A l l e e 效应的离散食饵-捕食者模型胡新利,等第4期(127) 一种具有执行器故障的非线性离散系统的迭代学习控制李丁巳,等第4期(134) 数据中心中机柜出风温度的快速模拟张博,等第5期(1) 水蓄冷在珠三角地区数据中心应用的节能潜力分析董梓骏,等第5期(10) 间接蒸发冷却在湿热地区数据中心的节能分析马晓晨,等第5期(18) 藏区数据中心热回收式直接蒸发冷却机组的设计与测试黄翔,等第5期(25) 数据中心气泵驱动复合冷却机组工作特性周峰,等第5期(32) 声屏障及填料和配水协同优化对湿式冷却塔热力性能的影响步兆彬,等第5期(39) 数据中心间接蒸发冷却空调系统能效评价褚俊杰,等第5期(46) 地板下送风数据中心冷通道导流的结构研究许陆顺,等第5期(53) 基于模型预测控制的数据中心水蓄冷冷却系统节能优化模型郑浩然,等第5期(61) 回热式间接蒸发冷却地区适应性的数值模拟徐鹏,等第5期(69) 基于线性S VM 算法的云数据中心蓄电池状态预测杨玉丽,等第5期(77) 数据中心送风冷通道的导流构件结构优化巩莉,等第5期(83) 室内工况对蒸发冷凝气泵热管复合空调的影响王飞,等第5期(92) 高热流密度多热源冷却用相变换热冷板实验研究刘凯,等第5期(99) 基于全生命周期成本的装配式高效制冷机房设计凌荣武,等第5期(107)Ә建筑环境与舒适健康过渡季高校教室短期热经历对热舒适与热适应的影响蒋婧,等第6期(1) 夏热冬冷地区办公建筑空气源热泵与太阳能复合供暖系统运行特性邓淑丹,等第6期(8) 基于G R A -P S O -B P 神经网络的办公建筑负荷率及冷冻水供水温度预测马静静,等第6期(17) 间歇用能特征下的干湿式地板辐射供暖热性能对比周文杰,等第6期(26) 传统村落微气候环境模拟应用与空间优化以汉中市乐丰村为例李晶,等第6期(34) 冬季产后女性热偏好及其影响因素王丽娟,等第6期(42) 中国不同地区居民节能意识影响因素调查常皓冉,等第6期(50) Ә电力安全与智能装备关键技术输电线路中污秽复合绝缘子异常发热研究曹雯,等第6期(60) 恶劣环境下多参量融合的断路器操动机构辅助开关研究邱鹏锋,等第6期(69) 电力系统中全光纤电流传感器的研究进展高超,等第6期(78) 光伏组件覆雪层的自然融化脱落条件朱永灿,等第6期(89) 直流微网中双有源桥变换器精确直接功率控制叶育林,等第6期(96)。

一种级联H_桥多电平逆变器故障诊断方法

第27卷㊀第9期2023年9月㊀电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报Electri c ㊀Machines ㊀and ㊀Control㊀Vol.27No.9Sep.2023㊀㊀㊀㊀㊀㊀一种级联H 桥多电平逆变器故障诊断方法于晶荣,㊀张刚,㊀邱均成,㊀王益硕,㊀孙健文(中南大学自动化学院,湖南长沙410083)摘㊀要:为了诊断级联H 桥多电平逆变器的开关管开路故障,提出一种基于载波层叠调制(LSP-WM )技术的故障诊断方法,直接对H 桥输出电压㊁负载电流和驱动信号的输出特性曲线进行分析㊂当部分驱动信号断开后,相应的电流和电压出现部分缺失和波动,从而推出故障情况下三者之间的对应关系㊂依据调制波和负载电流的方向,将系统运行分为4种工作模式,并在特定模式下诊断故障㊂对故障情况下负载电流过零处的特性曲线进行分析,用以识别H 桥中对角开关故障㊂与现有方法相比,该方法扩展基于LSPWM 下的故障范围为双管故障,诊断逻辑易于理解且不需要添加额外的硬件电路㊂通过仿真证明了所提故障诊断方法的正确性和有效性㊂关键词:级联H 桥;多电平逆变器;故障诊断;开路故障;载波层叠调制DOI :10.15938/j.emc.2023.09.013中图分类号:TM464文献标志码:A文章编号:1007-449X(2023)09-0119-07㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀收稿日期:2021-12-07基金项目:湖南省自然科学基金(2022JJ30742);长沙市自然科学基金(kq2202103)作者简介:于晶荣(1981 ),女,博士,副教授,研究方向为电能质量分析与控制技术;张㊀刚(1995 ),男,硕士研究生,研究方向为多电平逆变器故障诊断和容错策略等;邱均成(1997 ),男,硕士研究生,研究方向为电能质量治理和逆变器故障穿越等;王益硕(1998 ),女,硕士研究生,研究方向为新能源电能质量控制策略;孙健文(1997 ),男,硕士研究生,研究方向为电网阻抗的系统辨识㊂通信作者:张㊀刚Fault diagnosis method for cascaded H-bridge multilevel inverterYU Jingrong,㊀ZHANG Gang,㊀QIU Juncheng,㊀WANG Yishuo,㊀SUN Jianwen(College of Automation,Central South University,Changsha 410083,China)Abstract :A fault diagnosis method based on level-shifted pulse width modulation (LSPWM)technique was proposed to diagnose the switch open circuit fault of cascaded H-bridge multilevel inverter.The out-put characteristic curves of H-bridge output voltage,load current and driving signal were analyzed direct-ly.When part of the driving signal is disconnected,the corresponding current and voltage have partial loss and fluctuation so as to deduce the corresponding relationship among the three in the case of failure.According to the direction of modulation wave and load current,the system was divided into four working modes,and faults were diagnosed in the specific mode.The characteristic curve of load current crossing zero was analyzed in order to identify the fault of diagonal switch in pared with the existing methods,the fault range of the proposed method is extended to double tube fault based on LSPWM,and by the diagnostic logic it is easy to understand without additional hardware circuits.Simulation resultsshow correctness and effectiveness the proposed fault diagnosis method.Keywords :cascaded H-bridge;multilevel inverter;fault diagnosis;open-circuit fault;level-shifted pulse width modulation0㊀引㊀言级联H桥多电平逆变器(cascaded H-bridge multilevel inverter,CHBMLI)因其具有易于模块化㊁高压大容量和谐波失真低等优点,已广泛应用于电气化铁路与城市轨道交通的牵引系统㊁电动汽车㊁光伏并网发电系统㊁高压直流输电㊁交流电机驱动和无功补偿等场合[1-4]㊂由于CHBMLI采用了大量的半导体开关来获得高质量的输出功率,因此它面临的主要困境是开关失效的概率升高[5]㊂根据相关统计和调查,开关故障大约占整个逆变器系统故障的近三分之一[6]㊂开关管的故障通常可以分为开路故障(open-circuit fault,OCF)和短路故障(short-circuit fault,SCF)㊂SCF造成的影响非常迅速,通常由硬件方案解决[7]㊂在OCF情况下,由于固有的开关冗余,CHBMLI可以继续运行,但其输出质量降低㊂然而,这可能使其他健康开关的电压应力增加,并可能导致整个系统损坏㊂所以,OCF诊断速度与准确性对于系统持续可靠运行十分关键[8-9],也直接关系到容错控制策略的选择㊂近些年,OCF故障诊断方法被广泛研究[10-18]㊂现有多电平逆变器的OCF故障诊断方法包括基于模型㊁基于智能算法和基于信号三类方法㊂文献[10]中每个CHB支路都用一个电流传感器和一个电压传感器监测支路的电流和输出电压,将测量的电压与预期的电压进行比较,并根据偏差的大小和电流流向确定开路故障的位置㊂文献[11]基于计算的平均桥臂极电压与误差自适应阈值,将平均桥臂极电压偏差作为故障检测与识别的诊断变量,实现电压源逆变器单㊁多管开路故障诊断㊂文献[12]采用一个电压传感器测量CHB的网侧电压,通过对CHB网侧电压估计值与实测值的比较来定位故障㊂基于此类方法的开关故障诊断,由于开关器件多且非线性的影响导致建模较为困难㊂为了避免建模带来的困难,相关学者采用基于智能算法的故障诊断方法㊂文献[13]通过特征分析选取正常模式和8种故障模式下的7个电压谐波参数作为故障特征向量,构造一个三层神经网络,其中7个特征向量为神经网络的输入层,从而可以在一个调制周期内准确地识别故障位置㊂文献[14]利用d-q变换将三相电压信号转换为两相来减少故障信息的维数,建立一个4层的神经网络进行故障诊断㊂文献[15]提出一种基于小波包变换和支持向量机的故障诊断方法,提取小波包能量作为故障特征向量,并把该故障特征向量作为支持向量机的输入量㊂该类方法虽然能够避免诊断精度对系统模型的依赖性,但是计算量大且不能用于实时的在线诊断㊂为了实现实时的在线诊断,相关学者采用基于信号的故障诊断方法㊂文献[16]介绍了一种CHB 三电平逆变器故障诊断方法,该方法利用输出电压和负载电流对应的波形特征进行故障诊断,解决了H桥中对角开关因故障特征相似难以识别的问题㊂文献[17]中的故障诊断不仅考虑单管故障,也考虑了单个二极管故障以及开关管和对应二极管同时故障的情况㊂文献[18]中将电平数增加至五电平,提出了一种精确识别8个开关管的单管故障诊断方法㊂这类方法与前两类方法相比,实现简单且容易理解,并且不需要额外的硬件电路,具有较高的实用性㊂由此可见,对于CHBMI的故障诊断,基于信号的方法有更大的发展潜力㊂然而当双管同时发生故障,对系统的影响更为严重,但是以上方案均考虑单管OCF,对于双管OCF的诊断仍有很大的局限㊂目前对双管故障的研究主要集中于三相桥式逆变器,虽然文献[18]中的方法可以应用于三相级联逆变器中双管故障诊断,但2个开关管需要在不同相中分布,而在同一相中每个H桥均有一个开关管发生故障的双管故障情况下,该方法便得不到较好的诊断效果㊂为了克服以上方案的不足,本文通过分析双管故障下输出电压电流以及驱动信号的特征,提出一种可以精确识别同相不同H桥双管故障的诊断方法㊂1㊀CHB五电平逆变器的工作原理图1为单相CHB五电平逆变器的整体拓扑结构,其采用电压源型逆变单元(H桥)串联组成以实现高压大功率输出,谐波分量少㊁波形畸变小㊂它包括:2个H桥(H桥1和H桥2)㊁8个带有反并联二极管(D1~D8)的IGBT开关(S1~S8)㊁滤波电容C㊁直流电源U dc㊁LC滤波器和感性负载㊂G1~G8是相应的驱动信号㊂交流输出端顺序连接,即各单元输出电压叠加,进而形成一个总的多电平输出电压㊂实际系统中级联模块的数量N是由设备的工作电021电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀压㊁直流侧电压和制造成本等决定㊂图1㊀电路拓扑结构Fig.1㊀Circuit topology2个H 桥的输出电压分别为v o1和v o2,输出电压为v o ,从图中可以得出输出电压为v o =v o1+v o2㊂(1)控制方法采用电压电流双闭环控制,2个H 桥输出电压和负载电流作为采样变量㊂CHBMLI 常用的调制方法包括载波层叠调制(level-shifted pulse width modulation,LSPWM)和载波移相调制(phase-shifted pulse width modulation,PSPWM),与PSPWM 相比,LSPWM 在高电平与低电平场合都适用,而且具有开关损耗易优化和谐波特性好等优势㊂LSP-WM 包括同向层叠(phase disposition,PD)㊁正负反向层叠(phase opposition disposition,POD)和交替反向层叠(alternate phase opposition disposition,APOD)㊂相比于其他两种方法,PD 的谐波性能最好,因此采用PD-LSPWM 作为调制技术,PD-LSPWM 信号的产生如图2所示,其中v m (t )为正弦调制波信号,c 1(t )~c 4(t )为4个幅值不同的高频三角载波信号㊂基于PD-LSPWM 的输出电压v o 和各个开关S x (x =1~8)之间的关系如表1所示,1和0分别表示开通和关断状态(对驱动信号也适用)㊂图2㊀PD-LSPWM 信号Fig.2㊀Signal of PD-LSPWM表1㊀v o 和S x 的关系Table 1㊀Relationship between v o and S xv oS 1S 2S 3S 4S 5S 6S 7S 82U dc 10011001U dc 10010101001010101-U dc01100101-2U dc11112㊀CHB 五电平逆变器的故障特征分析㊀㊀为了便于分析故障信号的特点,选取CHB 五电平逆变器作为分析和仿真的对象,主要考虑位于同相不同H 桥中双开关同时发生故障的情况㊂单相五电平逆变器共有8个开关,因此上述故障情况总共有16种,如表2所示㊂表2㊀故障情况Table 2㊀Fault condition现定义如下变量:S x oc 表示开关S x (x =1~8)发生故障,故障下2个H 桥输出电压和负载电流分别表示为v o1oc ㊁v o2oc 和i loc ㊂根据调制波和负载电流的方向,带有感性负载的CHBMLI 在正常情况下可以分为4种工作模式,如表3所示,对于其他负载,上述工作模式不再适用㊂特定的开关故障只在一定的工作模式下表现出故障特征,而且H 桥中对角开关在相同的工作模式下表现出故障特征,即S 1㊁S 4㊁S 5㊁S 8和S 2㊁S 3㊁S 6㊁S 7分别在模式1和模式2中表现出故障特征,从而减少检测计算量㊂由于故障情况较多,以S 2oc 和S 8oc 的分析为例㊂在S 2oc 和S 8oc 下,每个H 桥及负载电流输出波形如图3所示㊂对于H 桥1:当G 4=1,G 1=G 2=G 3=0121第9期于晶荣等:一种级联H 桥多电平逆变器故障诊断方法时,0<v o1oc <U dc ,i loc ʈ0;当G 3=1,G 1=G 2=G 4=0时,v o1oc ʈ0,i loc <0,H 桥1中电流流通方向为D 1到S 3㊂对于H 桥2:当G 5=1,G 6=G 7=G 8=0时,v o2oc ʈ0,i loc >0,H 桥2中电流流通方向为D 7到S 5;当G 6=1,G 5=G 7=G 8=0时,v o2oc ʈ-U dc ,i loc >0,H 桥2中电流流通方向为D 6到D 7㊂表3㊀工作模式Table 3㊀Working mode工作模式v m i l 模式1++模式2--模式3+-模式4-+图3㊀S 2oc 和S 8oc 下的输出波形Fig.3㊀Output waveform under S 2oc 和S 8oc其他开关的故障情况分析类似,故障特征表如表4所示,其中i 1loc 和i 2loc 分别表示在诊断H 桥1和H 桥2中的故障开关时所采集的不同时刻的负载电流㊂表4㊀故障特征表Table 4㊀List of fault characteristic故障v o1oc i 1loc v o2oc i 2locG 1G 2G 3G 4G 5G 6G 7G 8S 1oc 和S 5oc 010101/00101/001S 1oc 和S 6oc 011/01/001/0010001S 1oc 和S 7oc10111/00111S 1oc 和S 8oc 1/01/01/01/00011/01/000S 2oc 和S 5oc 1/0101001/01/001/001S 2oc 和S 6oc 1/0101001/01/00001S 2oc 和S 7oc 1/01/001001/01/0011S 2oc 和S 8oc 1/01/01/01001/01/01/01/000S 3oc 和S 5oc 1/01010101/001/001S 3oc 和S 6oc 1/01010101/00001S 3oc 和S 7oc 1/01010101/0011S 3oc 和S 8oc 011/010101/01/01/000S 4oc 和S 5oc 1/01011/01/00001/001S 4oc 和S 6oc 1/011/01/01/01/0000001S 4oc 和S 7oc 1/01011/01/00011S 4oc 和S 8oc 1/01/01/01/0101/01/003㊀基于信号特征的故障诊断方法根据以上分析及故障表提出如图4所示的故障诊断方法,该故障诊断方法以H 桥电压㊁负载电流以及相应驱动信号为诊断变量,主要通过对双管故障下H 桥中对角开关进行诊断达到不同H 桥下任意双管故障的诊断㊂图5中变量定义如下:v e1和v e2分别代表2个H 桥实际电压和参考电压之间的差值,正常情况下通常在一个范围内波动,v e1在δvo1l 至δvo1h 范围内变化,v e2在δvo2l 至δvo2h 范围内变化;为了提高可靠性,引入w 1和w 2两个变量,分别表示2个H 桥对应的误差变化百分比,取为2.5%和3%;T s 为图3(b)中过渡时段的起始时间,与开关频率和滤波器参数等有关;f 1㊁f 2和f 3为相应电压电流的参考阈值㊂图4㊀诊断过程Fig.4㊀Diagnostic process221电㊀机㊀与㊀控㊀制㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀第27卷㊀图5㊀相关变量的定义Fig.5㊀Definition of related variables诊断方法具体过程:假定同相不同H桥下的2个开关同时发生故障,分别检测2个H桥电压,通过实际电压与正常参考电压的比较判定2个H桥是否同时发生故障,当发生故障后在相应的工作模式下采集所需故障信号,进而通过诊断逻辑确定H 桥中故障开关的具体位置㊂变量A㊁B和F分别用来诊断开关S1与S4㊁S2与S3以及S6与S7下的故障㊂对于S5和S8的识别还需进行信号采集时刻的判断,因此在图5中单独标出㊂除了采集驱动信号,对于开关S1和S4只需要采集H桥1的输出电压,而其余对角开关的判定均需采集相应H桥电压和负载电流㊂4㊀仿真验证4.1㊀仿真分析基于MATLAB/Simulink仿真平台对故障诊断方法进行验证,仿真参数如表5所示㊂给定故障规定如下:对于2个故障开关均在正半周的开关以及正负半周各有一个开关发生故障在正半周期给定故障,对于2个故障开关均在负半周的开关发生故障,在负半周期给定故障㊂以S1oc和S6oc为例进行验证,仿真结果如图6所示㊂表5㊀仿真参数Table5㊀Simulation parameters㊀㊀㊀参数数值直流电压U dc/V40基频f o(=1/T o)/Hz50载波频率f c/kHz3滤波器电感L f9.5mH,0.35Ω滤波器电容C f10mF,0.03Ω直流侧电容C/mF20调制指数M0.9负载阻抗Z L/Ω8电压环比例调节增益K vp0.1电压环积分调节增益K vi 4.5电流环比例调节增益K ip0.01电流环积分调节增益K ii0.01图6㊀S1oc和S6oc下的仿真结果Fig.6㊀Simulation result under S1oc and S6oc在t1时刻对开关S1和S6给定故障,在t2时刻检测到开关S1故障,在t3时刻检测到开关S6故障,在t3时刻S1和S6双管故障均得到有效诊断㊂全部开关故障的诊断时间如表6所示,由表6可以看出,当2个故障开关都在同一个半周内,诊断时间均在321第9期于晶荣等:一种级联H桥多电平逆变器故障诊断方法0.12ms以内,而对于在正负半周内都有分布的故障开关,诊断时间相对要长,主要是因为发生故障后2个开关的故障特征并不会在同一个半周内表现出来㊂整体而言,仿真达到预期效果㊂表6㊀全部故障的诊断时间Table6㊀Diagnosis time of all faults4.2㊀对比分析对于基于LSPWM技术的CHBMI,与文献[16-18]相比,所提方法考虑了2个位于同相不同H桥的开关管同时发生故障的情况,当发生故障的2个开关管位于同一个半周时的诊断时间和文献[18]基本一致,对于双管故障能够进行准确诊断㊂主要不足是对于2个不在同一个半周内的开关管(即S1和S6㊁S1和S7㊁S2和S5㊁S2和S8㊁S3和S5㊁S3和S8㊁S4和S6㊁S4和S7)发生故障后诊断时间相对较长,而且开关管对应的所有二极管均正常工作㊂与现有方法[19]相比,减少了计算量且可以实现在线诊断㊂5㊀结㊀论针对CHBMI中同相不同H桥双管同时发生故障的问题,本文分析了双管故障下各故障信号的特征,提出了一种双管故障诊断方法㊂该方法能够利用以H桥电压㊁负载电流和驱动信号为采样变量的信号处理方法实现有效诊断,与现有方法相比,该方法扩展了双管故障下的拓扑为级联逆变器,提高了级联逆变器双管故障下的电平数目㊂此外,提高双管故障检测时间㊁拓展到更高电平等级和应用到其他调制技术将是未来的研究重点㊂参考文献:[1]㊀张琦,李江江,孙向东,等.单相级联七电平逆变器拓扑结构及其控制方法[J].电工技术学报,2019,34(18):3843.ZHANG Qi,LI Jiangjiang,SUN Xiangdong,et al.Topology structure and control method of single-phase cascaded seven-level inverter[J].Transactions of China Electrotechnical Society, 2019,34(18):3843.[2]㊀MHIESAN H,WEI Y Q,SIWAKOTI Y P,et al.A fault-toleranthybrid cascaded H-bridge multilevel inverter[J].IEEE Transac-tions on Power Electronics,2020,35(12):12702. 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(项目管理)数学学院科研基金项目一览表四川大学数学学院

（项目管理）数学学院科研基金项目一览表四川大学数学学院数学学院科研基金项目一览表2007年重点项目（国家和省部级）：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人或高级人员,总经费（万）1,弦理论中的几何不变量,国家自然科学基金,,07.1－0.9.12,李安民,130国家基金：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）2,多体问题德的变分方法,国家自然科学基金,,07.1－09.12,张世清,213,非凸和鲁棒向量优化的理论与算法研究,国家自然科学基金,,07.1－09.12,黄南京,244,具有时滞的随机脉冲系统的定性分析,国家自然科学基金,,07.1－09.12,徐道义,255,并行解边界元和有限元的区域分解法与分界外推法,国家自然科学基金,,07.1－09.12,吕涛,246,连续统基数不变量研究,国家自然科学基金,,07.1－09.12,张树果,217,代学曲面上的零圈的模空间,国家数学天元青年基金,,07.1-07.12,李挺,32006年重点项目（国家和省部级）：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人或高级人员,总经费（万）1,分布参数系统的控制理论,国家杰出青年基金,,2006－2009,张旭,70国家基金：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）2,随机动力系统混沌控制与参数估计的稳健性及其在弱信号检测中的作用,国家自然科学基金,,2006-2008,马洪,243,非线性发展方程解的有界性与渐近行为等问题,国家自然科学基金,,2006-2008,穆春来,154,算子半群和李群上的微分算子,国家自然科学基金,,2006-2008,李淼,155,传感器网络中信息压缩与融合理论及算法研究,国家自然科学基金,,2006-2008,周杰,226,仿射流形上的分析,国家自然科学基金,,2006-2008,贾方,157,西部教师培训,国家自然科学基金(天元,,2006．1-12,刘应明,20省部级：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）8,,新世纪优秀人才支持计划,NCET-06-0778,2006-2008,穆春来,509,, 新世纪优秀人才支持计划,NCET-06-0779,2006-2008,张德学,50市校级：序号,项目名称,任务来源,编号,起止,负责人,总经费（万）11,高性能低阶四边形杂交/混合版..壳研究,校青年基金,,2006-2007,罗鲲,212,非线性抛物型方程的区域分解算法,校青年基金,,2006-2007,潘璐,113,我国能源市场化的若干技术问题,成都市科技计划项目,,2006-2008,牛健人,32005年重点项目（国家和省部级）：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人或高级人员,总经费（万）1,动力系统,国家杰出青年科学基金,10428104,05-07,吕克宁,40国家基金：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）2,高阶退化系统的分岔及与不变流形有关的迭代方程,国家自然科学基金,,05-07,张伟年,203,Deligene-Mumford模空间的拓扑和二维orbifold的弦理论研究,国家自然科学基金,,05-07,郑泉,10省部级：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）4,分布式数字图书馆信息快速处理及应用,省攻关项目,,05-06,冯民富,105,多源信息融合中某些基本问题研究,四川省科技厅,,05－07,周杰,36,集值投影动力系统,四川省科技厅,,05－07,黄南京,27,动力系统分岔理论与不变流形,回国启动基金,,2005,杜正东,28,,新世纪人才支持计划,,05－07,张旭,509,素数判定的AKS算法及其改进算法的研究,国防重点实验室,,05-07,孙琦.朱文余.魏齐娇.曹伟,15 10,基于信息融合的超宽带扩频通信信号检测技术研究,教育部博士点基金2,No.20040610004，,2005.1-2007.12,马洪, 6万国际合作：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人或高级人员,总经费11,非线性变分不等式的理论与算法研究,,,2005-2006,黄南京、方亚平、邓传现、唐亚勇,市校级：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）12,Orbifold的弦理论,校青年基金,200457,2005,陈柏辉,1.513,多源信息融合中的迭代算法及其收斂性分析,校青年基金,200458,2005,何腊梅,114,模糊拓扑空间上的迭代问题,校青年基金,200459,2005,陈丽,115,不确定性条件下的企业预警研究,校科技创新基金,2005cf06,05-07,罗懋康,10.002004年重点项目（国家和省部级）：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人或高级人员,总经费（万）1,环论,国家杰出青年基金,10325107,04-07,彭联刚,70.002,多传感器数据融合问题,国家杰出青年基金（B类）,,04-07,李小榕朱允民,40.003,序拓扑及形式语义学的数学基础,国家自然科学基金重点项目,,04-08,罗懋康（负责人）梁基华,80.00国家基金：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）4,多传感器不确定信息决策与估计融合理论与算法,国家自然科学基金,,04-06,朱允民,23.00 5,随机微分差分方程的定性分析,国家自然科学基金,,04-06,徐道义,18.006,区域与流形上的算子与算子代数,国家自然科学基金,,04-06,曹广福,16.007,某些分布参数系统的能控性和长时间行为,国家自然科学基金,,04-06,张旭,16.008,伪概周期性与Banach空间中的微分方程,国家自然科学基金,,04-06,李洪旭,99,扩大仿射李代数及其量子代数,国家自然科学基金,,04-06,谭友军,9省部级：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）10,具有非交换符号代数的Toeplitz代数,教育部博士点基金,,04-06,曹广福,511,基于信息融合的超宽带扩频通信信号检测技术研究,教育部博士点基金,20040610004,04-06,马洪,612,椭圆曲线密码体制中Satoh算法的改进和实现,国防科技重点实验室基金,,04-06,彭国华,15.0013,复杂山地近地表结构模型层次反演方法,省石油管理局,,04-06,冯民富,75市校级：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）13,黎曼面模空间上的对称群作用,校青年基金,200313,2004-2006,陈浩,114,常微分方程分岔理论及平面多项式系统定性理论研究,校青年基金,200314,2004-2006,杜正东,115,迭代方程解的解析性与凹凸性问题,校青年基金,200315,2004-2006,徐冰,12003年重点项目（国家和省部级）：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人或高级人员,总经费（万）1,面向复杂系统实时智能控制与优化的模糊性数学基础研究（973项目“复杂生产制造过程实时、智能控制与优化理论和方法研究”的子课题）,科技部973计划,2002CB312206,03－06,刘应明（负责人）李中夫张德学寇辉,300.00国家基金：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）2,拓扑学中的序代数结构及其在理论计算机科学中的应用,国家自然科学基金,A210201023,03-05,寇辉,9.503,关于非线性发展方程解的一些问题,国家自然科学基金,A210201024,03-05,穆春来,9.504,N-S流动高性能有限元方法研究,国家自然科学基金,A210201025,03-05,谢小平,9.505,分数阶微分方程及模型分数化,国家自然科学基金,A210226030,03－05,李淼,2.506,导出范畴与量子toroidel代数,国家自然科学基金,A210226027,03－05,谭友军,2.507,整体微分几何,国家自然科学基金,A210271083,03－05,赵国松,16省部级：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）8,拓朴与Domain理论的若干问题研究,教育部博士点基金,B120020610057,03-05,梁基华,59,格上拓朴学中的范畴拓朴问题,优秀青年教师资助计划,,,张德学,810,,留学回国人员启动基金,,,张旭,3.0011,微分动力系统,教育部高校青年教师奖,B52003693,03－07,张伟年,5012,中心及退化奇点分岔与不变流形问题,教育部博士点基金,B120020610003,03－05,张伟年,513,多传感器不确定性息决策与估计融合理论与算法,教育部博士点基金,20030610018,03-05,朱允民,5 14,具有非交换符号代数Toeplitz,教育部博士点基金,20030610019,03-05,曹广福,515,Domian理论与格上拓扑学,教育部博士点基金,20030610020,03-05,刘应明,5市校级：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）16,延迟报告数据分析,四川大学青年科学基金,H02003064,03－04,林华珍,0.817,模糊聚合算子研究,四川大学青年科学基金,H02003065,03－04,胡世凯,0.818,仿射李代数的若干问题,四川大学青年科学基金,H02003066,03－04,谭友军,0.819,Bnach空间重的伪概周期微分,四川大学青年科学基金,H02003067,03－04,李洪旭,0.82002年重点项目（国家和省部级）：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人或高级人员,总经费（万）1,有限域上的代数簇的L函数,国家杰出青年基金,A210128103,02-04,万大庆孙琦,402,Domain理论与格上拓扑学,国家杰出青年基金,A210125104,02-06,罗懋康,803,分部参数系统H∞控制理论,教育部优秀博士论文项目,,02-06,张旭,40省部级：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）4,并行解有限元、边界元分裂法与分裂外推法,教育部博士点基金,B120010610005,02-04,吕涛,4 5,基数不变量与极分拆关系研究,教育部优秀青年教师资助计划,B420024003,02-04,张树果,4.006,不分明拓扑空间的范畴论性质,霍英东教育基金会研究基金,B7H200101,02-04,张德学,1.40万美圆7,核截面、吸引子及临界分支曲面,留学回国人员科研启动基金,B2200134510,02－04,周盛凡,2.08,中心及退化奇点分岔与不变流行,博士点基金,20020610001,02-04,张伟年,6 9,拓扑与Domain理论的若干问题,博士点基金,20020610057,02-04,梁基华,510,多体问题,跨世纪人才,,02－04,张世清,2011,严重信道条件客观音质评价信号同步及相关技术研究,十五国防科技预研基金,,02-03,马洪,7市校级：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）12,半群理论及其在控制论中的应用,四川大学青年科学基金,H002067,02－03,顾晓慧,113,模糊推理研究,四川大学青年科学基金,H002065,02－03,黄丽,114,非线性滤波理论及其在信号处理中的应用,四川大学青年科学基金,02066,02－03,周杰,12001年重点项目（国家和省部级）：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人或高级人员,总经费（万）1,数理逻辑及其应用,国家自然科学基金委,A219931020,01-03,张树果,12．42,教育部跨世纪人才培养基金,教育部,,01-03,彭联刚,30.00国家基金：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）3,Domain理论在拓扑学中的应用,国家自然科学基金,A2TY10126022,01-02,寇辉,2.004,高性能有限元方法研究,国家自然科学基金委(天元基金),A2TY10126027,01-02,谢小平,2.005,随机系统多传感器决策与估计融合理论与算法,国家自然科学基金委,A660074016,01-03,朱允民,16.00 6,从范畴拓扑观点看不分明拓扑与Domain理论,国家自然科学基金委,A210071053,01-03,张德学,9.00 7,抽象微分方程理论中的若干问题,国家自然科学基金委,,01-03,黄发伦,11.508,经济、金融模型决策分析中数据不确定性的非参数统计推断,国家社科基金,01BTJ003,01-05,李竹渝,5.2省部级：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）9,DOMAIN理论与拓扑学,教育部博士点基金,B12000061019,01-03,刘应明,610,不分明拓扑中的反射与余反射子范畴,四川省青年科技基金,,01-03,张德学,811,极分拆关系及基数不变量研究,留学回国人员科研启动基金,B2200036707,01－03,张树果,4.0012,非线性分析中某些问题的研究,留学回国人员科研启动基金,B2200047904,01－03,黄南京,3.513,非线性分析中的一些问题,留学回国人员科研启动基金,B2200047905,01－03,陈玉清,514,,留学回国人员启动基金,,,周盛凡,2.0015,模糊性数学问题的若干研究,教育部重点项目,B300109,01－03,刘应明,10国际合作：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人或高级人员,总经费（万）18,经济模型中数据不确定性分析的比较研究,自然科学科学基金,7010100005,2001-2002,李竹渝,219,迭代函数方程理论及应用,国家自然科学基金,19871058,2001,张伟年,0.7市校级：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）20,非光滑优化算法构造与分析,四川大学青年科学基金,H02001021,01－02,谭英谊,121,关于整数矩阵的研究,四川大学青年科学基金,H02001022,01－02,洪绍方,122,非牛顿流和牛顿流动问题的无loc,四川大学青年科学基金,H02001023,01－02,穆君,12000年重点项目（国家和省部级）：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人或高级人员,总经费（万）1,模糊性数学问题的若干研究,教育部,科技司教技00109,00-02,刘应明,10.00国家基金：省部级：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）2,理论计算、算法与相关数学问题研究,教育部高校骨干教师资助计划,,00-02,罗懋康,24.003,基础数学的若干问题,教育部高校骨干教师基金（长江教授配套计划）,,00-04,梁基华赵国松彭联刚曹广福郑泉,30.004,不可压缩流体的几何与拓扑理论,留学回国人员科研启动基金,B2199936301,00-02,马天,3.00 7,理论计算、算法与相关数学问题研究,高等学校骨干教师资助计划,B820006503,00－02,罗懋康,12 8,基础数学若干前沿问题的研究,高等学校骨干教师资助计划,B820006528,00－02,李安民,309,Domain理论与拓扑学,博士点基金,2000061019,00－02,刘应明,410,公钥密码体制中一些前沿问题的研究,国防科技(重点实验室项目),,00-02,孙琦,15.001999年重点项目（国家和省部级）：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）1,格上拓与非经典数理逻辑,国家基金(重点),19831030,99.1-01.12,刘应明,68．002,非线性泛函微分方程的理论及应用,国家基金(重点),19831030,99.1-03.12,徐道义,10．003,迭代方程与动力系统不变性,国家基金(重点),19871058,99.1-01.12,张伟年,8．504,微分几何,国家杰出青年基金B类,19825506,99-01,阮勇斌李安民,30.005,跨世纪优秀人才培养基金,教育部,教技（1998）1号1998JW024,99-0198-01(7),罗懋康,15.0010.00(7)6,核心数学的前沿问题,科技部973计划,G1999075100,99-04,彭联刚,20.007,核心数学的前沿问题,科技部973计划,G1999075100,99-04,李安民,20.00国家基金：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）8,迭代方程与动力系统不变性,国家自然科学基金委,19871058,99-01,张伟年,8.509,格上拓扑与非经典数理逻辑,国家自然科学基金委,198310401999JZ004,99-03,刘应明（负责人）李中夫罗懋康梁基华,68.0010,非线性泛函微分方程的理论及应用,国家自然科学基金委,19831030 1999JZ003,99-03,徐道义,12.00省部级：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）11,法式代数与多参数仿射李代数,教育部博士点基金,19990611999JZ010(7),99-01,彭联刚,4.0012,微分子方程的不变流形及其相交性导致的复杂现象,教育部优秀年轻教师基金,优轻基金教人司1999JW020(7),99-01,张伟年,6.0013,不可压缩流体的几何与拓扑理论,教育部回国基金,教外司留1999JW025(7),99-01,马天,3.0014,关于非线性抛物方程（组）解的几类问题,教育部回国基金,教外司留1999JW026(7),99-01,穆春来,1.5015,非线性抛物方程（组）解的整体存在性和爆破,教育部优秀年轻教师基金,（99年度）优轻基金人司,99-02,穆春来,7.00国际合作：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费16,欧盟成员国不同政策对经济研究的影响,欧盟,4040060/99,1999-2000,李竹渝,0.3万欧元市校级：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）17,线丛上的Morse理论与量上上同调,基础研究博士启动基金,1999JX001,1999-2002,李福波,0.50 18,Domain范畴的拓扑结构与Cartesian闭性,基础研究博士启动基金,1999JX002,1999-2002,寇辉,0.50 19,气水单井数值模拟方法的研究,校青年基金,1999JX003,99-00,朱瑞,0.5020,算子半群理论及其应用,校青年基金,1999JX004,99-00,李淼,0.50其他项目：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年,负责人,总经费（万）21,迭代映射及方程的动力学,省人事厅,1999JS063,99-00,张伟年,1.5022,格上拓扑,省人事厅,1999JS064,99-00,罗懋康,2.0023,Domain理论与拓扑的几个问题,省人事厅,1999JS065,99-00,梁基华,2.0024,法式李代数,省人事厅,1999JS066,99-00,彭联刚,2.001998年重点项目（国家和省部级）：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人或高级人员,总经费（万）1,新一代空中交通管制系统中关键技术的研究,国家自然科学基金委,,98-01,朱允民马洪,902,复杂系统控制的基础理论研究,攀登计划项目,,98-01,朱允民,国家基金：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）3,集值分析中某些问题的理论，算法及应用的研究,国家科学基金,J98047,98-00,张石生,6.004,泛函数分系统的动态行为与控制,国家科学基金,J98048,98-00,徐道义,5.505,丢失数据回归分析的若干问题,国家科学基金,J98051,98-00,秦更生,3.406,多传感器分布统计判决,国家基金,1998JZ005J98023,98.1,朱允民,省部级：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）7,整体微分几何,教育部博士点基金,98061004,98-00,李安民,4.508,数论在数字信号处理号处理中的应用,教育部博士点基金,98061006,98-00,孙琦,4.509,格上拓朴学中的范畴论方法,教育部回国人员基金,（1998）679,98-20,张德学,2．010,国家教委跨世纪优秀人才基金,国家教委科技（1998）1号,59,98—01,罗懋康,10国际合作：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人或高级人员,总经费11,算子理论与算子代数,基金国际合作,J98019-（4）,98-,孙顺华,0.30市校级：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）12,稳定性的机器证明,校青年基金,65,98-20,陆征一,1．0013,Toeplitz代数的结构,校青年基金,61,98-20,严从荃,1．0014,辛拓扑及Seiberg-Witten理论的应用,基础研究,62,98-20,郑泉,1．0015,离散分形几何的研究,基础研究,63,98-20,龙伦海,1．0016,流动问题的数值方法研究,基础研究,64,98-20,谢小平,1．00其他项目：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）17,多传感器分布统计判决,国家自然科学基金委优秀成果出版基金,,98.1,朱允民,1997年重点项目（国家和省部级）：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人或高级人员,总经费（万）1,代数数论,国家重点基金,J971001,97-2000,李德琅,6.0（3）10.0（2）2,整体微分几何及其物理应用,;国家重点基金,J971001（3）J98009（4）,97-2000,李安民,6.0（4）10．00（2）3,算子理论与算子代数,国家重点基金,J971001（3）,97-01,孙顺华,6.00(4)10．00(2)4,半连续函数空间的无限维拓朴学性质,国家基金（重点）,J98056(4)J971003(3),97-99,张德学,3．205,随机系统的多传感器分布决策与估计,攀登计划,G98027,97-01,朱允民,2.006,与微分运算有关的机械问题,攀登计划,,97-01,陆征一,5.007,代数数论,国家重点基金,J98008,97-00,李德琅,6.00国家基金：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）8,模糊性理论中若干基本问题,国家科委,B97102A971002,97-99,刘应明,10.009,快速无损分析谷物种子内碳氮元素的新技术,国家科学基金,J971002,97-98,曹建华,11.0010,半边连续函数空间的无限维拓朴学性质,国家科学基金,J980561997JZ008(7),97-98,张德学,3.2011,连续统的基数特性研究,国家科学基金,J98057(4)J971003,97-98,张树果,4.0012,有限域上的方程和置换多项式,国家科学基金,J98058(4)J971005,97-99,孙琦,4.2013,随机信号检测与估计的多传感器数据融合问题,国家科学基金,J98059(4)J98061(4),97-99,朱允民,7.0014,模糊逻辑中语言值运算的研究,国家科学基金,J98080(4)J9710071997JZ046(7),97-99,李中夫,8.0015,多传感器数据融合的最优化精确解及相应的随机递推算法,国家基金,J9710011997JZ011(7),97-99,朱允民,4.5016,格上拓扑学与DOMAIN理论,教育部博士点基金,97061027,97-99,刘应明,3.5017,结合代数的表示及Kac-Moody李代数,教育部优秀年轻教师基金,B9710011997JW015,97-99,彭联刚,5.50国际合作：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费18,辛几何与辛拓扑,国家自然科学基金委国际合作,J971002,97-98,李安民,0.80市校级：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）19,无穷维动系统,基础研究博士启动基金,1997JX014,97-98,周盛凡,1.0020,微分方程稳定性的机器证明,基础研究博士启动基金,X98016(4)1997JX016(7),97-98,陆征一,1.0021,函数空间上的ToepIitz算子与复合算子,基础研究博士启动基金,X98017(4)X971004(2),97-98,曹广福,1．0022,模糊推理系统中属函数的影响及其调整方法,校青年基金,X98001(4)X971001,97-98,汪海波,1.0023,带有撮动位势波动方程解的Ｌ估计,博士启动基金,X98015(4)X971003,97-98,穆春来,1.00其他项目：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）24,气水井测井分析方法研究,四川石油管理局（横向）,H98036,97-98,熊华鑫,10.001996国家基金：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）1,点集拓扑若干新方向,国家自然科学基金委,J961006,1996.9-,刘应明,0.702,有限域上的不定方程和置换多项式,国家自然科学基金委,J961002,1996-,孙琦,0.403,多传感器数据融合的最优化精确解及相应的随即递推算法,国家科学基金,J98054,96-99,朱允民,4.50 4,非线性双曲型守恒律的张驰现象和德尔塔波Deta的研究,国家自然科学基金,19571057,96-98,李才中, 5,狄里克菜特征关于有理由数据的完整和应用,国家自然科学基金,J971002（3）J961006（5）,96-98,刘春雷,3.006,子流形的几个问题的研究,国家自然科学基金,J971003（3）J961007（5）,96-98,赵国松,6.507,删失数据回归分析的若干问题,国家自然科学基金,J971004（3）J961008（5）,96-98,秦更生,3.40 8,代数表示论与李代数的有机联系,国家自然科学基金,J971006（3）,96-98,彭联刚,5.509,无穷维动力系统有界解分技,国家自然科学基金,J971008（3）,96-98,张伟年,5.00序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）10,无穷维动力系统及其计算机处理,博士后基金,J961002,96-97,,0.50国际合作序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人或高级人员,总经费11,有限域上的不定方程和置换多项式,基金国际合作,J96I002,96-,孙琦,0.4012,点集拓扑若干新生方向,基金国际合作,J961006,96.9-,刘应明,0.7013,大基数及其相关问题,基金国际合作,J961005,96.6-,张树果,0.701995年国家基金：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）1,分布参数系统边界反债控制鲁棒稳定化问题,国家科学基金,J961001,95-97,黄发伦,2.002,夸克蜕定试,国家自然科学基金委,J961002,95-97,巫光汉,2.00省部级：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）3,半参数模型和最小束乘理论及应用,教委回国人员基金,B97102（3）J961002（5）J98014（4）,95-97,李竹渝,3.004,有界对称域上的Toplitzc-C代数, 教委博士点基金9561017,B97108（3）B98008（4）J961015（5）,95-97,孙顺华,3.005,代数表示论与Kac-liodyLle代数及量子群,教委回国人员基金,J961002,95-96,彭联刚,3.00序号,项目名称,任务来源,编号,起止,负责人,总经费（万）6,三维流形的不变量,博士后基金,J961001（5）B97101（3）B98011（4）,95-97,韩友发,0.5 7,变分不等式和相补问题的机动研究,校青年基金,X961013（5）X971002（3）,95-96,黄南京,0.508,板壳问题的组合稳定化有限元方法及理论研究,校青年基金,X961014（5）X971002（3）,95-96,胡兵,0.509,无穷维动力系统及其计算机处理,博士后基金,J961002（5）B98012（4）,95-97,周盛凡,0.50 10,多元置换多项式,博士启动费,X971001,95-96,张起帆,1.001994年重点项目（国家和省部级）：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人或高级人员,总经费（万）1,点集拓朴的几个新方向,国家重点基金,J98006（4）J96002（5）J971001（3）,94-98,刘应明,16.00国家基金：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）2,大基数及相关问题的研究,国家科学基金,J961005,94-96,张树果,2.203,极大极小不等式变分不等式和相补问题理论及应用研究,国家科学基金,J961003,94-96,张石生,2.00 4,不定方程及应用,国家科学基金,J961004,94-96,孙琦,2.00省部级：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）5,剩余类环Z/p\z上的技术,教委博士点基金,B97701（3）B98001（4）B961008（5）,94-97,孙琦,2.56,非线性动力系统的无穷维性态,省青科基金办,U971001,94-96,张伟年,2.807,几类主要无限维拓扑流形的分类,教委优秀青年基金,J961001,94-96,滕辉,3.00市校级：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）8,不适定的问题和反问题的样条函数解法,校青年基金,X961002,94-96,向朝进,0.609,非线性增生型映象方程研究中的一些问题,校青年基金,X961001,94-96,陈玉清,0.6010,Sn-i上某些Toeplitz算子及其本质谱的若干问题,博士启动费,,94-96,武洋,0.6011,例摆的模糊控制试验研究,校重点基金,X961001,94-95,李中夫,1.001993年国家基金：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）1,与倾斜理论相关的代数表示问题,国家自然科学基金委（青年基金）,19201024,93-95,彭联刚,1.30省部级：序号,项目名称,任务来源,编号,起止年月,负责人,总经费（万）2,格上拓扑学点式处理,教委博士点基金,B961001,93-95,刘应明,3.00。

汽车乘员舱热管理综述

汽车乘员舱热管理分析1汽车乘员舱热管理简述汽车乘员舱热管理的研究又常叫做汽车乘员舱热舒适行的研究。

美国供暖空调工程师学会的标准中明确定义热舒适性是人体对热环境表示满意的意识状态。

由于不同的人对热舒适经的好坏因生理调节能力与主观的不同而有所区别。

因此因此人们对温度的舒适界限是一个模糊的范围而不是某个特定的值。

因此结合国内外热舒适性相关研究文献以及我国人们的温度感觉习惯，对乘员舱内气流环境提出了以下主要参数：(1)乘员舱内外温差和乘员舱内平均温度(2)乘员舱内相对湿度(3)乘员舱内气流速度(4)乘员舱内空气更新量(5)乘员舱内温升、温降速率(6)乘员舱内部温度场分布(7)送风口风速差值及送风口位置的布置2.1空调热负荷空调热负荷由太阳辐射、人体散热、发动机舱传热以及空气渗透等组成。

在稳定情况下，制冷量与汽车所受的热负荷相等，热量平衡方程为：式中，0Q 为实际工况制冷量；load Q 为空调热负荷；M Q 为空调风机散热量；P Q 为驾乘人员散热量；V Q 为空气渗透进入舱内的热负荷；B Q 为通过车身壁面传入舱内的热负荷；Bi Q 为太阳辐射透过汽车玻璃进入舱内的热负荷；C Q 为地板传入舱内的热负荷；E Q 为从发动机舱传入乘员舱的热负荷2汽车乘员舱热舒适性数值计算；G Q 为太阳辐射被汽车玻璃吸收导入引起的热负荷。

汽车热负荷模型示意图如下图1 汽车乘员舱内热平衡模型2.2乘员热舒适性数值计算流程下面提供一种计算方案即利用计算流体动力学CFD 技术对汽车乘员舱内驾乘人员热舒适性进行数值模拟，现将数值模拟的计算过程归纳如下：（1）.建立汽车乘员舱三维数学模型（2）.进行模型的网格划分（3）.确立计算模型的边界条件（4）.乘员热舒适性的计算（5）.对驾乘人员进行热舒适性评判分析2.3乘员热舒适性评价汽车乘员舱热管理的研究又常叫做汽车乘员舱热舒适行的研究。

美国供暖空调工程师学会的标准中明确定义热舒适性是人体对热环境表示满意的意识状态。

《航天返回与遥感》第40卷(2019)总目次

I 《航天返回与遥感》第40卷（2019）总目次第1期升力体再入飞行器离轨制动方案及优化研究 ··························· 左光, 陈鑫, 侯砚泽, 吴文瑞 (1) 高空零压气球上升过程的运动特性研究 ············································· 廖俊, 袁俊杰, 蒋祎, 杨泽川, 李珺, 卢智勇, 吴春晖, 王宁 (11) 基于FPGA的星上影像正射纠正 ···························· 张荣庭, 周国清, 周祥, 刘德全, 黄景金 (20) 基于改进型重复控制的光程扫描控制系统设计 ················ 郭兰杰, 王浩, 王淳, 马文坡, 林喆 (32) 基于月球观测的“高分四号”卫星相机在轨MTF测试 ·············· 吴同舟, 王浩, 周峰, 李晓曼 (41) 亚微米像元器件在空间应用中的光学系统设计 ························································ 胡嘉宁, 王小勇, 阮宁娟, 刘晓林, 庄绪霞, 李妥妥 (50) 五棱镜垂直度误差对转向角的影响分析 ·········································· 温中凯, 雷文平, 黄颖 (59) “高分三号”卫星图像干涉测量试验 ···································· 余博, 李如仁, 陈振炜, 张过 (66) “高分四号”卫星正射校正精度分析 ···································· 马冯, 孙旭, 高连如, 付晨罡 (74) 基于改进的切比雪夫多项式轨道的SAR影像正射纠正 ································································· 周国清, 贺朝双, 岳涛, 沈俊, 黄煜, 李晓柱 (83) 应急遥感影像信息快速提取方法探讨 ························································ 刘嘉, 廖小露 (93) 一种面向对象的机场跑道变化检测方法 ····················································· 张艺明, 肖文 (102) 旋转森林算法在GF-2卫星影像土地利用分类中的应用·············· 彭力恒, 刘凯, 朱远辉, 柳林 (112) 第2期平流层飞行器技术的最新发展 ··················································· 王彦广, 王伟志, 黄灿林 (1) 充气式进入减速技术的发展 ······························································· 黄伟, 曹旭, 张章 (14) 再入返回器极端热载荷预测方法 ············································· 张思宇, 余莉, 曹旭, 张章 (25) 气动热作用下的充气式减速器性能研究 ······································· 王帅, 余莉, 张章, 曹旭 (33) 骨架充气压力对自充式气囊缓冲性能影响研究 ····················· 李博, 竺梅芳, 牛国永, 刘兴华 (43)II孙嘉, 黄伟, 卢齐跃 (51) 临近空间飞行器滑橇式起落架缓冲特性分析 ···································· 璘多点平衡支撑在空间大口径反射镜上的应用 ························ 张博文, 王小勇, 郭崇岭, 刘湃 (60) 一种航天相机微纳镜头的实现方法 ································· 安书兵, 练敏隆, 唐绍凡, 李瀛搏 (69) 基于行数据扫描的星空多目标星点提取方法 ··························· 李寅龙, 何海燕, 张凤, 李婧 (79) 一种新的连续面形变形镜的解耦控制方法 ······················································ 刘成, 于飞, 丁琳, 宋莉, 黄刚, 郝中洋, 李超, 林喆 (89) ULE®叠层反射镜二维等效建模方法研究 ················································· 丁锴铖, 连华东 (99) GF-6卫星WFV数据在林地类型监测中的应用潜力 ··································································· 刘晋阳, 辛存林, 武红敢, 曾庆伟, 史京京 (107) 第3期前沿光学技术的新发展 ·················································································· 金国藩 (1) 航天火工装置点火输出压力散差的精细化控制 ··························· 成琦, 王帅, 胡建举, 杨叶 (5) 小天体探测器着陆附着技术研究 ················································ 王立武, 戈嗣诚, 蒋万松 (14) 减速伞收口状态气动特性仿真与试验研究 ··········· 王奇, 王立武, 张章, 吴卓, 雷江利, 孙希昀 (24) 大口径光学组件重力翻转测试方法验证及应用 ······· 周于鸣, 杨秋实, 孟晓辉, 刘志远, 王向东 (33) 面向航天应用的高可靠性FPGA动态局部重构 ············· 于志成, 庄树峰, 刘涛, 王洋, 杨秉新 (40) FTS干涉信号延时补偿算法的仿真分析··········································· 翟茂林, 李涛, 张玉贵 (47) 静止轨道闪电光学探测的光谱选择及影响分析 ·········· 鲍书龙, 陈强, 张志清, 汤天瑾, 赵学敏 (57) 空间光学遥感器反射镜组件中环氧胶的选用 ···································· 周小华, 邢辉, 杨居奎 (65) 大气色散对航空双谱段高分辨率斜视成像影响 ·················· 张绪国, 尚志鸣, 张跃东, 曹桂丽 (73) 基于扩展卡尔曼滤波的星敏感器在轨几何标定 ··················· 李响, 谢俊峰, 莫凡, 朱红, 金杰 (82) “委遥二号”卫星长波红外通道在轨辐射定标 ··························································· 刘莉, 陈林, 徐寒列, 胡秀清, 张正慧, 汪红强 (94) 岫岩偏岭矿区植被修复生态环境监测评估 ·············· 周斌, 李雨鸿, 李辑, 李晶, 王婷, 刘东明 (103) 基于本征图像分解的高光谱图像空谱联合分类 ········································· 任智伟, 吴玲达 (111)III 第4期大型航天器无控再入气动稳定性分析 ······································· 徐艺哲, 万千, 左光, 石泳 (1) 空间重复锁紧技术综述 ················ 杨泽川, 罗汝斌, 廖鹤, 廖俊, 罗世彬, 蒋祎, 袁俊杰, 王宁 (10) 降落伞收口绳载荷计算方法研究 ··········································· 王立武, 雷江利, 吴卓, 包进进 (22) 面向降落伞稳态CFD计算的网格生成方法研究 ··············· 靳宏宇, 吴壮志, 王奇, 贾贺, 荣伟 (30) 环路热管在低温真空环境下的控温性能试验研究 ············· 高腾, 杨涛, 鲁盼, 赵石磊, 赵振明 (38) 基于FPGA的探测器制冷控制系统优化设计 ············································ 谢妮慧, 郝中洋 (48) 开环虚拟振动试验方法在航天遥感器上的应用研究 ································· 郭崇岭, 张博文, 赵野 (57) 垂直装调用大口径自准直反射镜系统研究 ·········································· 陈宗, 范龙飞, 李斌, 陆玉婷, 王昀, 李凌, 陈佳夷, 王向东 (67) 一种高精度半角反射镜指向机构的设计与实现 ···································· 李晓, 于婷婷, 王淳 (76) 基于FFT算法的激光有源非稳腔光场分布数值计算方法 ············································· 罗萍萍, 桑思晗, 史文宗, 杨超, 颜凡江, 李梦龙, 蒙裴贝 (86) 光学遥感图像目标检测技术综述 ························· 李晓斌, 江碧涛, 杨渊博, 傅雨泽, 岳文振 (95) 基于非负最小二乘法的全色与高光谱图像融合 ······························ 郝红勋, 何红艳, 张炳先 (105) 顾及光行差改正的遥感卫星成像模型及验证 ····················· 张宏伟, 张炳先, 侯作勋, 彭呈祥 (112) 复杂山区ASTER GDEM2高程精度验证 ············································ 胡勇, 马泽忠, 黄健 (122) 第5期计算成像——全光视觉信息的设计获取 ·················································· 赵巨峰, 崔光茫 (1)武 (15) 美军气象卫星的应用与管理 ······························································· 刘韬, 王丹, 珺航天器可重复使用热防护技术研究进展与应用 ········································· 周印佳, 张志贤 (27) 基于主动排气气囊的着陆缓冲控制系统FPGA设计 ··························································· 孙希昀, 王立武, 张章, 刘靖雷, 邓黎, 雷江利 (41) CCD连续转移下图像串扰问题的研究····················申才立, 梁楠, 李鑫, 龚敬, 韩志学, 董龙 (50) 随机振动引起空间反射镜面形退化的机理研究 ·········· 孔富家, 白绍竣, 陈祥, 刘义良, 乔玉莉 (58) 一种调焦机构运动方向与光轴平行性测试方法 ····················· 魏鑫, 何鸿涛, 王建永, 穆生博 (67)IV星载TDI光机扫描相机偏流角建模 ···································· 王浩, 郭兰杰, 晋利兵, 赵艳华 (75) 星载光子探测激光雷达指向调整机构的理论分析 ····················· 张晨阳, 王春辉, 战蓝, 齐明 (84) 基于RFM模型的叠掩区域定位方法······································ 程前, 王华斌, 汪韬阳, 李玉 (95) 基于双树复小波分解的云量时间序列模型预测 ······· 白云博, 欧阳斯达, 杨朦朦, 夏学齐, 王婷 (106) 物方反投影下的星载多光谱相机内视场虚拟线阵拼接···················王怀, 莫凡, 李奇峻, 王鄂 (118) 第6期半刚性机械展开式气动减速技术机构与热防护研究 ································································ 张鹏, 苏南, 赵铄, 桂蜀旺, 毛科铸, 侯向阳 (1) 基于大气模型误差特性的“天宫一号”再入预报 ····················· 张炜, 王秀红, 崔文, 游经纬 (11) 深空探测器防热承力一体化大底结构研究 ··································· 黄文宣, 邱慧, 刘峰, 张萃 (19) 超声速透气降落伞系统的气动干扰数值模拟研究 ············· 贾贺, 姜璐璐, 薛晓鹏, 荣伟, 王奇 (26) RNN在降落伞开伞特性研究中的应用 ················································ 姜添, 戈嗣诚, 李健 (35) 基于主动光学的大型空间相机像质校正仿真············· 赵号, 苏云, 张丽莎, 李博, 粘伟, 张博文 (44)空间红外推扫成像系统探测器光学拼接方法 ············································ 邱民朴, 马文坡 (51)基于不同成核层的碳化硅基底反射镜特性研究 ··························································何世昆, 白云立, 周于鸣, 张继友, 黄巧林, 王利 (59)红外甚高光谱分辨率探测仪反演系统的设计与实现 ··························································罗琪, 李小英, 程天海, 张兴赢, 葛曙乐, 张玉贵 (67)“巴遥一号”卫星双相机在轨绝对辐射定标及精度分析 ········································· 李岩, 陈洪耀, 方舟, 李龙飞, 陈元伟, 胡永力, 汪红强, 汪松 (77)基于滑坡区域颜色特征模型的SVM遥感检测························ 陈善静, 康青, 沈志强, 周若冲 (89)基于U-net的“高分五号”卫星高光谱图像土地类型分类 ························································ 孙晓敏, 郑利娟, 吴军, 陈前, 徐崇斌, 马杨, 陈震 (99)基于深度学习特征提取的遥感影像配准 ·················································· 许东丽, 胡忠正 (107)（卷终）VSpacecraft Recovery & Remote SensingVol. 40 (2019)ContentsNo.1Deorbit Study of General Scheme & Optimized Design of Lifting Reentry Vehicle ································································ ZUO Guang, CHEN Xin, HOU Yanze, WU Wenrui (1) Motion Characteristics of Zero-pressure Balloon in Ascending Process·· LIAO Jun, YUAN Junjie, JIAGN Yi, YANG Zechuan, LI Jun, LU Zhiyong, WU Chunhui, WANG Ning (11) Ortho-rectification for Remote Sensing Image Using FPGA ··························· ZHANG Rongting, ZHOU Guoqing, ZHOU Xiang, LIU Dequan, HUANG Jingjin (20) Optical Path Scanning Control System Based on Modified Repetitive Control ················································· GUO Lanjie, WANG Hao, WANG Chun, MA Wenpo, LIN Zhe (32) The Lunar Trail of GF-4 Satellite and On-orbit Knife-edge Measurements of MTF ······························································ W U Tongzhou, WANG Hao, ZHOU Feng, LI Xiaoman (41) Study on Submicron Pixel Size Detector Applied in the Space Optical System Design ················ HU Jianing, WANG Xiaoyong, RUAN Ningjuan, LIU Xiaolin, ZHUANG Xuxia, LI Tuotuo (50) Impact Analysis of the Perpendicular Error of Pentaprism on the Steering Angle ······································································ WEN Zhongkai, LEI Wenping, HUANG Ying (59) Image Interferometry Experiment of GF-3 Satellite ·································································· YU Bo, LI Ruren, CHEN Zhenwei, ZHANG Guo (66) Research on Orthorectification Accuracy of GF-4 Satellite Image ............................................................................................. MA Feng, SUN Xu, GAO Lianru, FU Chengang (74) Orthorectification of SAR Image Based on Improved Chebyshev Polynomials Orbit Model ··························· ZHOU Guoqing, HE Chaoshuang, YUE Tao, SHEN Jun, HUANG Yu, LI Xiaozhu (83) Discussion on Rapid Extraction Method of Emergency Remote Sensing Image Information ·································································································· LIU Jia, LIAO Xiaolu (93) An Object-oriented Method for Airport Runway Change Detection ................... ZHANG Yiming, XIAO Wen (102) GF-2 Satellite Imagery Application in Land Use Classification Based on Rotation Forest Algorithm ··································································· P ENG Liheng, LIU Kai, ZHU Yuanhui, LIU Lin (112)No.2The Latest Development of Stratospheric Aerocraft Technology ······························································WANG Yanguang,WANG Weizhi, HUANG Canlin (1) The Development of Inflatable Entry Decelerator Technology ...... HUANG Wei, CAO Xu, ZHANG Zhang (14) Prediction Method for Extreme Thermal Load of Reentry Capsule ································································· ZHANG Siyu, YU Li, CAO Xu, ZHANG Zhang (25)VIStudy on the Performance of Inflatable Decelerator with Aerodynamic Heating ·································································· W ANG Shuai, YU Li, ZHANG Zhang, CAO Xu(33) Research of the Influence of Inflatable Frame Pressure on Ambient Inflated Airbag Cushioning Performance ······························································ LI Bo, ZHU Meifang, NIU Guoyong, LIU Xinghua (43) Study on Drop Dynamics of Ski Landing Gear for Near Space Aircraft ··············································································· SUN Jialin, HUANG Wei, LU Qiyue (51) Whiffle-tree Support of a Large Aperture Space-based Mirror ················································· ZHANG Bowen, WANG Xiaoyong, GUO Chongling, LIU Pai (60) A Design Method of Aerospace Camera Micro-nano Lens ······················································· AN Shubing, LIAN Minlong, TANG Shaofan, LI Yingbo (69) Space Multi-target Star Extraction Algorithm Based on Line Data Scanning ··································································· LI Yinlong, HE Haiyan, ZHANG Feng, LI Jing (79) A New Decoupling Control Method for the Deformable Mirror with Continuous Surface Shape ········· LIU Cheng, YU Fei, DING Lin, SONG Li, HUANG Gang, HAO Zhongyang, LI Chao, LIN Zhe (89) 2D Equivalent Modeling Method for ULE® Stacked-core Mirrors ····················································································DING Kaicheng, LIAN Huadong (99) Potential Application of GF-6 WFV Data in Forest Types Monitoring ······································ LIU Jinyang, XIN Cunlin, WU Honggan, ZENG Qingwei, SHI Jingjing (107)No.3The New Development of Optical Technology ························································· JIN Guofan (1) High Precision Control of Ignition Output and Transmission of Space Pyrotechnic Device ································································· C HENG Qi, WANG Shuai, HU Jianju, YANG Ye (5) Research on Lander Adhering and Recovery Technology for Asteroid Exploration ······································································ WANG Liwu, GE Sicheng, JIANG Wansong(14) Numerical Simulation and Experimental Study on Aerodynamic Characteristics of Reefed Decelerating Parachute ······························ WANG Qi, WANG Liwu, ZHANG Zhang, WU Zhuo, LEI Jiangli, SUN Xiyun (24) Verification and Application of Gravity Flip Test Method for Large Aperture Optical Components ························ ZHOU Yuming, YANG Qiushi, MENG Xiaohui, LIU Zhiyuan, WANG Xiangdong (33) High Reliability FPGA Dynamic Partial Reconfiguration for Aerospace Application ·································· YU Zhicheng, ZHUANG Shufeng, LIU Tao, WANG Yang, YANG Bingxin(40) Time-delay Compensation Simulation and Analysis of Interference Signal Based on FTS Technology ·············································································· ZHAI Maolin, LI Tao, ZHANG Yugui (47) Spectral Band Selection and Influence Analysis for Lightning Optical Detection for the Geostationary Meteorological Satellite ····························· B AO Shulong, CHEN Qiang, ZHANG Zhiqing, TANG Tianjin, ZHAO Xuemin (57) Epoxy Selection for Reflect Mirror Assembly in Space Remote Sensor ········································································· ZHOU Xiaohua, XING Hui, YANG Jukui (65) Influence of Atmospheric Chromatic Dispersion on Aerial Dual-band High Resolution Standoff Imaging ············································ ZHANG Xuguo, SHANG Zhiming, ZHANG Yuedong, CAO Guili(73) On-orbit Geometric Calibration of Star Tracker Based on EKF ···························································· L I Xiang, XIE Junfeng, MO Fan, ZHU Hong, JIN Jie (82) On-orbit Radiometric Calibration in Long Wave Infrared Band of VRSS-2 Satellite ······················ LIU Li, CHEN Lin, XU Hanlie, HU Xiuqing, ZHANG Zhenghui, WANG Hongqiang(94) Monitoring and Assessment of Vegetation Restoration Ecology Environment in Xiuyan Pianling-mining Area ··········································· Z HOU Bin, LI Yuhong, LI Ji, LI Jing, WANG Ting, LIU Dongming (103)。

汽车空气动力学课件

1.2 空气动力学基本理论
1.2.3 流体的基本方程
连续性方程：
1.2 空气动力学基本理论
伯努利方程：
1.2 空气动力学基本理论
1.2.4 边界层及其分离现象
雷诺数=惯性力/粘性力当雷诺数极低时，惯性力影响可以忽略，粘性力支配整个流场，此时阻力系数值较大；当在中等雷诺数时，层流边界层形成，并在流经物体后部脱体分离，此时阻力系数值变化不大；当雷诺数较大时，在流动分离之前的边界层，流动已经转化成湍流；当雷诺数很大时，阻力系数则是个常数，与 Re无关。
图1.13 湖南大学2004年提出的类菱形概念车造型
2 车2.1 2.2 2.3 2.4 空气动力学数值计算的一般方法车头基本尺寸对车身外流场影简单类车体外流场的数值模拟车头外形的车身外流场数值模拟
2.1 空气动力学数值计算的一般方法

CFD(Computational Fluid Dynamics)是以理论流体力学和计算数学为基础，把描述空气运动的连续介质数学模型离散成大型代数方程组，建立可在计算机上求解的算法。描述汽车流场的流体动力学基本方程组为三维不可压缩不定常N-S方程组（Navier–Stokes），对其可用线性或非线性方法进行求解。数字仿真中的线性方法主要有涡格法和面元法；非线性方法包括Euler法、雷诺平均N-S方程组法（RANS）、大涡模型 LES（Large Eddy Simulation）、和直接数值模拟DNS法等。

建立几何结构，生成计算网格（节点数 196059）
图2.1 参考车辆及基础模型尺寸示意图
图2.2 流场空间布置及网格划分
2.3 简单类车体外流场的数值模拟

某重型货车空调系统对乘员舱热舒适性影响的分析与改进

某重型货车空调系统对乘员舱热舒适性影响的分析与改进芦克龙;谷正气;贾新建;尹郁琦【摘要】应用计算流体力学软件Fluent对某重型货车空调系统和乘员舱中的气流进行数值仿真,其结果与试验对比,相差在5%以内.采用当量温度Teq,i作为评价指标,对乘员舱的热舒适性进行分析.结果表明,由于各风道风量分配不均匀,乘员舱内部气流组织不合理,致使热舒适性较差.对空调系统进行改进,增加前吹面风道风量比例后,乘员舱的热舒适性得到明显改善.%A numerical simulation on the air flow in air-conditioning system and passenger compartment of a heavy truck is conducted by applying CFD code Fluent and its result is compared to test result with a difference within 5％.Using equivalent temperature as evaluation indicator, the thermal comfort in passenger compartment is analyzed.The results show that, due to the uneven distribution of air flow in various ducts and the unreasonable organization of air flow in passenger compartment, the thermal comfort in passenger compartment is rather poor.The modification of air conditioning system is carried out to increase the airflow proportion of front air duct, and as a resuit, the thermal comfort of passenger compartment is obviously improved.【期刊名称】《汽车工程》【年(卷),期】2011(033)002【总页数】5页(P162-166)【关键词】重型货车;乘员舱;空调系统;计算流体动力学;热舒适性【作者】芦克龙;谷正气;贾新建;尹郁琦【作者单位】湖南大学,汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙,410082;湖南工业大学,株洲,412007;湖南大学,汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙,410082;湖南大学,汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙,410082;奇瑞汽车股份有限公司,芜湖,241006;湖南大学,汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙,410082【正文语种】中文前言汽车空调的送风风道是汽车空调系统中重要的部件之一,其设计水平直接影响车内气流组织的合理性,从而影响乘员舱的热舒适性。

理想车身气动造型研究与F1赛车空气动力学

1.1 课题来源与研究内容及意义
本论文是湖南省重点资助项目“汽车高速气动特性优化设计平台构建与应用” 的子课题。该子课题参照翼型绕流的物理特性，运用非均匀有理 B 样条理论拟合出基本理想基本形体纵向截面的几何弯度曲线，在满足汽车车身气动六分力要求的条件下，采用优化设计方法确定了一个符合总布置要求的理想低阻流线形车身。本论文主要研究内容如下： 1) 从汽车气动特性原理的角度分析了现代车身气动造型的各个发展阶段； 2) 本论文是在华南理工大学黄向东教授所提理论的基础上，结合了 NURBS 曲线曲面理论及细长体理论的前提下，参考了车身设计相关经验参数的同时，提出了一种较为合理的流线形体纵对称面的二维截面流线形曲线。同时根据实用约束条件、几何约束条件、力学约束条件，构造出了对称中面的升力系数期望曲线。
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1.2 车身整体优化造型研究概况
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理想车身气动造型研究与 F1 赛车气动特性初探
在运用已确定的解析曲线为形体横截面边界的前提下生成一三维流线形类车身数字化模型； 3 ）在对该基本形体的气动特性进行了数值模拟的基础上，分析并比较了中面升力系数的期望曲线与模拟曲线，得出二者有一致的趋势。同时，对该形体的三维外流场进行了可视化分析； 4) 曲线曲面的理论应用于 F1 赛车车身气动外流场、前后负升力翼、地面效应、赛车超车等气动特性方面的初步研究。由于高等级公路的发展、汽车车速的提高对汽车的操纵稳定性、安全性、舒适性提出了越来越高的要求，特别是由于全球能源危机、油价上涨，使得改善汽车燃油经济性成为汽车技术的重要手段。汽车空气动力特性对汽车的动力性、经济性和操纵稳定性有着直接的影响，设计空气动力特性良好的流线形车身是提高上述性质的重要途径，也是本论文研究的意义之所在。

湖南大学工程热力学讨论课(总复习1)

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1-2 讨论—热力系
自由膨胀问题刚性，绝热 B中没有气体，不能取做系统以A中原有气体为系统
A中气体为非准静态没有做功对象后进去的对先进去的气体做功了吗？
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1-2 讨论—热力系
气体混合过程刚性，绝热，PA>>PB 非准静态过程，非可逆过程取A中或B中气体为系统
相互有功的作用可逆热力学，无法计算取A+B气体为系统无功
1 δQ dECV h cf2 gz δmout 2 out 1 2 h cf gz δmin δW δmout 0 2 in
容器刚性绝热 δQ 0
忽略动能差及位能差，则 δW 0
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1 2 1 2 δQ dECV h cf gz δmout h cf gz δmin δW 2 2 out in
内部储能增量： 0
wi
忽略动能差和位能差，方程为：
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1-1 思考题
8．状态参数的定义？状态参数的特征？哪些物理量是状态参数？ 9. 可逆过程的定义是什么？需要满足哪些条件，才是可逆过程？列举3种典型的不可逆过程，简单说明为什么不可逆？
10．根据热力系统和外界有无（可划分为开口系统和闭口系统。）交换，热力系统
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1-2 讨论—热力系
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2-1 思考题
4. 为什么稳定流动开口系内不同部分工质的比热力学能、比焓、比熵等都会改变，而整个系统的UCV=0、HCV=0、SCV=0? 答：控制体的 UCV=0、 HCV=0、 SCV=0是指过程进行时间前后的变化值，稳定流动系统在不同时间内各点的状态参数都不发生变化，所以UCV=0、HCV=0、SCV=0。稳定流动开口系内不同部分工质的比热力学能、比焓、比熵等的改变仅仅是依坐标的改变。 5．开口系实施稳定流动过程，是否同时满足下列三式，W、 Wt和Wi的相互关系是什么？ Q dU W Q dH Wt m Q dH d (c f 2 ) mgdz Wi 2 答：都满足。 m W d ( pv) Wt d ( pv) d (c f 2 ) mgdz Wi 2 25/43

汽车论文的参考文献(精选10篇)

汽车论文的参考文献（精选10篇）1 汽车AMT控制系统及离合器模糊控制方法的研究重庆交通学院 2021 中国优秀硕士学位论文全文数据库2 中国汽车零部件行业发展模式研究吉林大学 2021 中国优秀硕士学位论文全文数据库3 汽车行业一体化质量、环境、职业健康安全管理体系认证的研究吉林大学 2021中国优秀硕士学位论文全文数据库4 汽车驾驶员前方视野测量系统软件开发吉林大学 2021 中国优秀硕士学位论文全文数据库5 合肥汽车客运总公司发展战略研究合肥工业大学 2021 中国优秀硕士学位论文全文数据库6 哈尔滨成功汽车维修有限公司发展战略案例哈尔滨工程大学 2021 中国优秀硕士学位论文全文数据库7 汽车齿轮工艺的研究与应用哈尔滨工程大学 2021 中国优秀硕士学位论文全文数据库8 我国汽车企业品牌竞争力研究湖南大学 2021 中国优秀硕士学位论文全文数据库9 汽车造型中的张力和表现性研究湖南大学 2021 中国优秀硕士学位论文全文数据库10 湖南汽车零部件产业发展研究湖南大学 2021 中国优秀硕士学位论文全文数据库11、丁冰，汽车安全气囊的控制，《现代汽车技术》， VOL.17， No.l1995， 109--120;12、朱军编著，《电子控制发动机电路波型分析》，机械工业出版社，2021年1月第一版,P149[1]谷正气，王师，仇健，等.MIRA模型组车尾造型风洞试验研究[J].科技导报，[2]傅立敏，刘锡国.典型汽车尾流结构的研究[J].汽车工程，1996，18（6）：343347.[3]王福军.计算流体动力学分析——CFD软件原理与应用[M].北京：清华大学出版社，2021.[4]王波，韦星顺，李绅.空气动力学对三厢轿车尾部造型设计的影响[J].装饰，2021（2）：103105.[5]余皓.两厢车气动阻力优化设计研究[D].上海：同济大学，2021.（编辑武晓英）第24卷第6期2021年12月计算机辅助工程[6]傅立敏，张群锋，靳春宇.汽车尾迹涡的形成及其控制[J].汽车工程，2000，22（1）：1320.[7]朱晖，杨志刚.小尺寸缩比模型车风洞试验及数值验证[J].同济大学学报（自然科学版），41（10）：15621566.[8]王佳.三厢车气动阻力特性优化设计研究[D].上海：同济大学，2021.[1]孔晓敏.6S管理探索与思考.现代商贸工业，2021.[2]韩典.连锁超市品类优化管理特征及关键点分析.现代商贸工业，2021.[3]张明泉，李超.6S现场精细化管理评价体系的’研究.理论纵横，2021.[4]魏仁干.基于顾客满意的多项目排队问题研究.湖北汽车工业学院学报，2021-04.[5]陈俊宁.社区便利店营销策略分析.湖南财经高等专科学校学报，2021.[6]周勇.中国便利店的当下困境与发展潜力，上海商学院学报，2021.[7]胡艳英.美陈展示—超市的新营销策略.商场现代化，2021，4.[8]周越.浅析大型超市的卖场布局和商品陈列设计科学化.物流工程与管理，2021.[1]姚洪华我国汽车冲压件的技术现状与发展趋势研究[J]上海汽车2021[2]吴艳云雒小明基于UGX的汽车冲压件检具体数控加工编程[J]工具技术2021[3]吴剑平吴俊超于UG的CAE技术在汽车冲压件生产工艺中的优化与应用[J]广西轻工业2021[4]葛辉微量元素对钢板冲压性能的影响以及汽车冲压件选材[J]大众科技2021[5]李一民基于数值仿真的汽车冲压件的成形与优化[J]热加工工艺2021[6]任建昆佟刚屈力刚改良点云过滤技术在汽车冲压件逆向中的应用[J]沈阳航空工业学院学报2021[1]姚时俊.汽车美容与装饰[M].辽宁：辽宁科学技术出版社.[2]熊靓.黄金产业汽车美容养护[J].中国科技财富.[3]朱为国.我国汽车服务业的发展和现状[J].北京汽车.[4]耿莉敏，我国汽车美容业的现状及存在问题分析，技术经济，2021.3.[5]姚时俊，闫彬，汽车美容，机械工业出版社，2021.5[6]赵伟，浅谈我国汽车美容行业的现状及发展前景，科学时代，2021.6.[7]王永茂，中国后汽车市场的发展现状与趋势，青岛职业技术学院学报，200.[1]陈翌，孔德洋.德国新能源汽车产业政策及其启示[J].德国研究，2021，01：71-81+127.[2]罗布·恩德勒，沈建苗.客户体验：特斯拉的取胜法宝[J].IT经理世界，2021，18：38-39.[3]李美霞.基于消费者视角的纯电动汽车购买决策影响因素及市场化研究[D].华东理工大学，2021.[4]朱成章.对我国发展纯电动汽车的质疑与思考[J].中外能源，2021，09：11-15.[1].范从山.电动汽车技术原理及发展展望[J].扬州职业大学学报.2021，03[2].祝占元.电动汽车[M]?黄河水利出版社.2021，09[3].高义民.现代电动汽车、混合动力电动汽车和燃料电池车[M].机械工业出版社.2021[4].陈世全.燃料电池电动汽车[M].清华大学出版社.2021，5[5].刘长江.充电站之战电动汽车新机遇[J].第一财经周刊.2021，4[1]刘世恺.汽车百年史话[M].人民交通出版社，2021.[2][德]Dr.HarryNiemann（编），朱华（译）.百年奔驰[M].北京：电子工业出版社，2021.[3][英]贡布里希（E·H·Gombrich）（编），范景中（译）.艺术发展史[M].天津：天津人民美术出版社，2021.[4]李卓森.现代汽车造型「Ml，北京：人民交通出版社，2021，3一15.[5]彭尼·斯帕克.设计百年一20世纪汽车设计的先驱「MI，北京：中国建筑工业出版社，2021，214一230[6].白光.品牌文化[M』，北京：经济管理出版社，2002，414一415.[7]林品.汽车产品的人性化设计ID]，吉林大学，2021.[8].林异.德日产品形态比较研究[Dl，山东大学，2021[1]林文立.浅析汽车美容装饰现状与发展.《大众汽车》，2021年1期.[2]薛振刚.浅谈汽车美容装饰的发展趋势.《中外企业家》，2021年17期.[3]晏承平.浅谈亮洁汽车美容店服务营销优化策略.《农家科技（下旬刊）》，2021年9期.[4]覃维献.汽车美容[M].北京：北京理工大学出版社，2021：14.[5]潘家华，魏后凯.中国城市发展报告[M].北京：社会科学文献出版社，2021：128.[6]樊伟伟.汽车美容与汽车用品店经营全攻略[M].北京：中国经济出版社，2021：97.[1]杨孝纶.电动汽车技术发展趋势及前景（上）[J].汽车科技.2021（06）.[2]杨孝纶，刘晓康，汪斌.电动汽车技术发展趋势及前景[J].变频器世界.2021（07）.[3]杨孝纶.电动汽车技术发展趋势及前景（下）[J].汽车科技.2021（01）.[4]余群明，石小波，王雄波，杨振东.电动汽车技术（5）电动汽车电控系统发展现状及其趋势[J].大众用电.2021（05）.[5]曹秉刚，张传伟，白志峰，李竟成.电动汽车技术进展和发展趋势[J].西安交通大学学报.2021（01）.感谢您的阅读，祝您生活愉快。

尾部特征参数对气动阻力交互影响与全局优化研究

尾部特征参数对气动阻力交互影响与全局优化研究作者：张勇石佳琦谷正气刘水长米承继来源：《湖南大学学报·自然科学版》2020年第02期摘要：汽车尾部结构气动减阻优化时，各几何特征参数间往往存在此消彼长的现象，使得优化变得盲目而复杂. 对此，为探明关键几何参数的交互影响规律，以Ahmed类车体为研究对象，在HD-2风洞试验对标验证基础上，对后背3个主要特征参数进行了CFD仿真研究，并在此基础上，为克服盲目性，应用集成优化平台对尾部特征参数进行优化设计. 结果表明，后背倾角角度对减阻的贡献量最大，背部两侧圆角半径次之，后背顶部圆角半径最小;三者的改变对气动阻力的影响都具有非单调性;当后背倾角角度、后背顶部圆角半径和背部两侧圆角半径分别为13°、283 mm、58 mm时，能有效减小气动阻力，减阻率达到11.76%，为具体车型减阻优化研究提供借鉴.关键词：尾部特征;交互影响;Ahmed模型;减阻中图分类号：U461.1 文献标志码：AAbstract：In the aerodynamic drag reduction optimization of automobile tail structure，there is a phenomenon between geometrical characteristic parameters，which makes optimization become blind and complex. In order to ascertain the interaction law of the key geometrical parameters，this paper carried the CFD simulation research of the three main characteristic parameters on the back of the Ahmed model on the basis of the HD-2 wind tunnel experiment. In order to overcome the blindness of optimization，the integrated optimization platform was applied to optimize the tail characteristic parameters. The results show that the angle of the back inclination has the greatest contribution to drag reduction，the two sides rounded corners on the back has the smaller contribution，the contribution of the top corner of the back is the smallest. The influence of the change of three variables on the aerodynamic resistance is non-monotonic. When the values of the angle of the back inclination，the top corner of the back and the two sides rounded corners on the back are 13°，283 mm and 58 mm respectively，the drag reduction rate reaches 11.76%. This paper provides a reference for the study of the optimization of drag reduction in specific models.Key words：tail characteristic;interaction effect;Ahmed model;drag reduction通過汽车车身三维曲面造型优化，降低气动阻力以提高燃油经济性，是汽车车身设计师的惯用方法. 然而汽车车身是由三维复杂曲面组成的片体结构，尤其是作为湍动能的主要耗散区的汽车尾部，包含了诸多曲面，每个曲面又包含诸多特征参数，改变造型特征某一参数，均会引起周围流场结构的改变，进而对气动特性产生不同影响，即存在着不同几何特征参数气动减阻优化的此消彼长的交互影响，而这种影响具有不确定性，即优化变量的盲目和未知性[1-2]，这使得车身减阻成为复杂的优化问题. 目前常用的做法只能依赖于工程师经验，开展大量重复性仿真计算基础上的部分特征参数的优化，不能保证该部位的全局最优.对此，在不改变汽车车身造型固有风格条件下，对经典的汽车模型尾部特征参数交互影响机理进行分析，开展全局优化研究，以指导具体车型开发，就显得尤为必要.Ahmed车型作为经典的斜背车体，常用于汽车空气动力学对标研究[3-6]. Thacker等[7]对其车顶与后背连接处圆角优化，减阻达到10%;Grandemange等[8]对后背倾角角度进行结构优化，使得尾部产生了4个纵向漩涡，实现整体减阻5.8%;Evrard等[9]使用基腔让尾部产生非对称湍流，减阻达9%;贺银芝等[10]指出不同后背倾角模型中气流分离特征差异较大，且阻力值随后背倾角增大而提高;倪捷等[11]在背部设置沟槽型棱纹仿生结构进行优化，使阻力值降低5%. 这些研究表明，优化尾部特征参数对减阻具有积极意义，但车体结构具有三维特征，以上研究未涉多个参数交互影响作用，因而无法保证优化参数为最优，即未获得全局最优.对此，本文以Ahmed模型为研究对象，应用数值仿真模拟，对影响尾部造型的3个主要特征参数进行气动减阻交互影响研究，并在此基础上开展全局优化.1 研究方案1.1 原始模型与风洞试验本文采用原始斜背角为25°的Ahmed 1 ∶ 1模型开展研究，其基本尺寸如图1所示（单位：mm）.为验证数值仿真方案的精度，对该模型进行HD-2风洞试验对标验证，其试验现场如图2所示.1.2 原始模型数值仿真与风洞试验验证网格划分采用四六混合网格（网格纵对称剖面如图3所示），网格数量和节点分别达到500万和200万. 仿真以ANASYS 14.0为求解器，采用隐式求解、标准壁面函数、二阶中心差分法;速度项、紊动能项和紊黏系数项采用二阶迎风差分格式. 其外流场仿真边界条件如表1所示.按图3所示的网格模型、表1所示的边界条件和K-E湍流模型进行数值仿真求解，得到该模型气动阻力系数Cd为0.305 3;按图2所示的HD-2风洞试验所测得的风阻系数为0.298 5，两者的相对误差为2.3%，表明了仿真方案的可靠性.2 交互影响研究Ahmed车型是斜背两厢车的基本模型，在保证该模型固有主体尺寸不变条件下，后背倾角角度、后背顶部圆角半径和背部两侧圆角半径3个参数影响着其流场结构. 为此本文对这3个参数的气动减阻交互效应进行研究.2.1 影响参数约束条件1）设后背倾角角度α为特征参数A. 为保持整车造型不发生太大改变，Dumas[12]给出了一个参考范围，为5°≤α≤40°.2）设后背顶部圆角半径为特征参数B. 当α角为40°且圆角倒至后背边界处时，圆角半径为812 mm，取整后变量B为50 mm ≤ B ≤ 800 mm.3）设背部两侧圆角半径为特征参数C. 根据Cheng[13]的研究，两侧边缘由棱角变为圆角时，对车辆尾部流场影响最大，为观察此影响，又考虑到车辆尺寸，变量取值范围不宜太大，定为10 mm≤C≤100 mm.3个特征参数示意图如图4所示.2.2 试验设计为辨识3个特征参数的交互影响规律，采用优化拉丁超立方法生成样本点来进行试验设计. 该方法改变了随机拉丁超立方设计的均匀性，使因子和响应拟合更为精确，且具有非常好的填充空间均衡性. 根据3个变量因子，为减小仿真过程的误差，提高模拟仿真的准确度，试验研究中取50组样本点，依据样本点生成相应的数字几何模型，分别对其进行网格划分和数值仿真计算以获得气动阻力系数Cd（数值仿真方案与1.2节相同）.在整个试验仿真研究过程中，必须经过参数化几何建模、网格划分、CFD流场计算、优化设计等过程，费时费力. 对此，基于UG二次开发实现几何模型数据交换，以脚本文件对ICEM建立自动网格划分命令，建立的操作日志文件可实现CFD边界条件、控制方程和参数调用等功能. 然后在Isight软件中[14]，采用批处理文件实现几何模型修改、网格划分、流体分析计算3个环节的数据调用、启动、关闭等操作，从而建立高效的集成优化技术. 详细过程见文献[15].2.3 交互影響分析2.3.1 阻力的交互影响分析研究特征参数对气动阻力影响，转化为对Cd的贡献量分析. 分析应分3个层次，即：独立特征参数变化对Cd的贡献量、相邻两个特征参数变化对Cd的贡献量交互效应、3个特征参数变化对Cd的贡献量交互效应.根据试验设计样本进行数值仿真，计算获得如图5所示的汽车尾部3个特征参数独立变化对气动阻力的一维贡献百分比Pareto图. 该图反映了各变量对响应Cd的贡献程度百分比，横坐标为贡献量百分比，依照不同特征参数的贡献量绝对值大小，从上至下依次排列. 由图5可见，特征参数A对气动阻力的影响为正效应，而特征参数B和C的变化对气动阻力的影响为负效应. 进一步分析为随着特征参数A的增大，引起Cd相对增大，正向影响率最大可达51%;特征参数C增大，引起Cd相对减小，最大产生负向影响可达42%;特征参数B产生的负向影响仅为7%.然而特征参数的独立变化对Cd的贡献量分析，仅表征了3种特征参数理想条件下的主次因素，而实际上3个特征参数一旦变化，必然导致造型结构的变化. 因此，应进一步分析3个特征参数之间对气动阻力Cd的交互效应.图6为A、B、C 3个特征参数两两之间的交互效应图. 其中纵坐标为模型的Cd值，横坐标为各特征参数从低到高的取值，由于3个特征参数间的取值和单位不统一，归一化后横坐标无单位量纲. 交互效应图反映了两个特征参数交互性对响应Cd的关联程度，它是在第2个特征参数取不同水平的情况下，分别绘制第1个特征参数对响应的主效应图，然后叠加而成. 如果交互效应图中的2条线相互平行，则表示这2个特征参数无交互作用;如果2条线不平行，则表示有交互作用，不平行的程度反映了交互效应的强弱. 由图6（a）（b）可见，两条线交叉，且图6（a）中2条线的不平行性更加明显，说明A与B、A与C间均存在交互效应，且A与B的交互效应更加强烈，即后背倾角与后背顶部圆角、后背倾角与背部两侧圆角均存在交互效应，且前者的交互效应更加强烈，即后风窗玻璃与上顶部夹角参数引起的Cd变化存在被其余2个特征参数分别引起的Cd变化抵消的交互效应. 图6（c）为B与C的交互效应图，图中2条线没有出现交叉，说明后背顶部圆角半径与背部两侧圆角半径的交互效应较弱.对此，本文以Ahmed模型为研究对象，应用数值仿真模拟，对影响尾部造型的3个主要特征参数进行气动减阻交互影响研究，并在此基础上开展全局优化.1 研究方案1.1 原始模型与风洞试验本文采用原始斜背角为25°的Ahmed 1 ∶ 1模型开展研究，其基本尺寸如图1所示（单位：mm）.为验证数值仿真方案的精度，对该模型进行HD-2风洞试验对标验证，其试验现场如图2所示.1.2 原始模型数值仿真与风洞试验验证网格划分采用四六混合网格（网格纵对称剖面如图3所示），网格数量和节点分别达到500万和200万. 仿真以ANASYS 14.0为求解器，采用隐式求解、标准壁面函数、二阶中心差分法;速度项、紊动能项和紊黏系数项采用二阶迎风差分格式. 其外流场仿真边界条件如表1所示.按图3所示的网格模型、表1所示的边界条件和K-E湍流模型进行数值仿真求解，得到该模型气动阻力系数Cd为0.305 3;按图2所示的HD-2风洞试验所测得的风阻系数为0.298 5，两者的相对误差为2.3%，表明了仿真方案的可靠性.2 交互影响研究Ahmed车型是斜背两厢车的基本模型，在保证该模型固有主体尺寸不变条件下，后背倾角角度、后背顶部圆角半径和背部两侧圆角半径3个参数影响着其流场结构. 为此本文对这3个参数的气动减阻交互效应进行研究.2.1 影响参数约束條件1）设后背倾角角度α为特征参数A. 为保持整车造型不发生太大改变，Dumas[12]给出了一个参考范围，为5°≤α≤40°.2）设后背顶部圆角半径为特征参数B. 当α角为40°且圆角倒至后背边界处时，圆角半径为812 mm，取整后变量B为50 mm ≤ B ≤ 800 mm.3）设背部两侧圆角半径为特征参数C. 根据Cheng[13]的研究，两侧边缘由棱角变为圆角时，对车辆尾部流场影响最大，为观察此影响，又考虑到车辆尺寸，变量取值范围不宜太大，定为10 mm≤C≤100 mm.3个特征参数示意图如图4所示.2.2 试验设计为辨识3个特征参数的交互影响规律，采用优化拉丁超立方法生成样本点来进行试验设计. 该方法改变了随机拉丁超立方设计的均匀性，使因子和响应拟合更为精确，且具有非常好的填充空间均衡性. 根据3个变量因子，为减小仿真过程的误差，提高模拟仿真的准确度，试验研究中取50组样本点，依据样本点生成相应的数字几何模型，分别对其进行网格划分和数值仿真计算以获得气动阻力系数Cd（数值仿真方案与1.2节相同）.在整个试验仿真研究过程中，必须经过参数化几何建模、网格划分、CFD流场计算、优化设计等过程，费时费力. 对此，基于UG二次开发实现几何模型数据交换，以脚本文件对ICEM建立自动网格划分命令，建立的操作日志文件可实现CFD边界条件、控制方程和参数调用等功能. 然后在Isight软件中[14]，采用批处理文件实现几何模型修改、网格划分、流体分析计算3个环节的数据调用、启动、关闭等操作，从而建立高效的集成优化技术. 详细过程见文献[15].2.3 交互影响分析2.3.1 阻力的交互影响分析研究特征参数对气动阻力影响，转化为对Cd的贡献量分析. 分析应分3个层次，即：独立特征参数变化对Cd的贡献量、相邻两个特征参数变化对Cd的贡献量交互效应、3个特征参数变化对Cd的贡献量交互效应.根据试验设计样本进行数值仿真，计算获得如图5所示的汽车尾部3个特征参数独立变化对气动阻力的一维贡献百分比Pareto图. 该图反映了各变量对响应Cd的贡献程度百分比，横坐标为贡献量百分比，依照不同特征参数的贡献量绝对值大小，从上至下依次排列. 由图5可见，特征参数A对气动阻力的影响为正效应，而特征参数B和C的变化对气动阻力的影响为负效应. 进一步分析为随着特征参数A的增大，引起Cd相对增大，正向影响率最大可达51%;特征参数C增大，引起Cd相对减小，最大产生负向影响可达42%;特征参数B产生的负向影响仅为7%.然而特征参数的独立变化对Cd的贡献量分析，仅表征了3种特征参数理想条件下的主次因素，而实际上3个特征参数一旦变化，必然导致造型结构的变化. 因此，应进一步分析3个特征参数之间对气动阻力Cd的交互效应.图6为A、B、C 3个特征参数两两之间的交互效应图. 其中纵坐标为模型的Cd值，横坐标为各特征参数从低到高的取值，由于3个特征参数间的取值和单位不统一，归一化后横坐标无单位量纲. 交互效应图反映了两个特征参数交互性对响应Cd的关联程度，它是在第2个特征参数取不同水平的情况下，分别绘制第1个特征参数对响应的主效应图，然后叠加而成. 如果交互效应图中的2条线相互平行，则表示这2个特征参数无交互作用;如果2条线不平行，则表示有交互作用，不平行的程度反映了交互效应的强弱. 由图6（a）（b）可见，两条线交叉，且图6（a）中2条线的不平行性更加明显，说明A与B、A与C间均存在交互效应，且A与B的交互效应更加强烈，即后背倾角与后背顶部圆角、后背倾角与背部两侧圆角均存在交互效应，且前者的交互效应更加强烈，即后风窗玻璃与上顶部夹角参数引起的Cd变化存在被其余2个特征参数分别引起的Cd变化抵消的交互效应. 图6（c）为B与C的交互效应图，图中2条线没有出现交叉，说明后背顶部圆角半径与背部两侧圆角半径的交互效应较弱.对此，本文以Ahmed模型为研究对象，应用数值仿真模拟，对影响尾部造型的3个主要特征参数进行气动减阻交互影响研究，并在此基础上开展全局优化.1 研究方案1.1 原始模型与风洞试验本文采用原始斜背角为25°的Ahmed 1 ∶ 1模型开展研究，其基本尺寸如图1所示（单位：mm）.为验证数值仿真方案的精度，对该模型进行HD-2风洞试验对标验证，其试验现场如图2所示.1.2 原始模型数值仿真与风洞试验验证网格划分采用四六混合网格（网格纵对称剖面如图3所示），网格数量和节点分别达到500万和200万. 仿真以ANASYS 14.0为求解器，采用隐式求解、标准壁面函数、二阶中心差分法;速度项、紊动能项和紊黏系数项采用二阶迎风差分格式. 其外流场仿真边界条件如表1所示.按图3所示的网格模型、表1所示的边界条件和K-E湍流模型进行数值仿真求解，得到该模型气动阻力系数Cd为0.305 3;按图2所示的HD-2风洞试验所测得的风阻系数为0.298 5，两者的相对误差为2.3%，表明了仿真方案的可靠性.2 交互影响研究Ahmed车型是斜背两厢车的基本模型，在保证该模型固有主体尺寸不变条件下，后背倾角角度、后背顶部圆角半径和背部两侧圆角半径3个参数影响着其流场结构. 为此本文对这3个参数的气动减阻交互效应进行研究.2.1 影响参数约束条件1）设后背倾角角度α为特征参数A. 为保持整车造型不发生太大改变，Dumas[12]给出了一个参考范围，为5°≤α≤40°.2）设后背顶部圆角半径为特征参数B. 当α角为40°且圆角倒至后背边界处时，圆角半径为812 mm，取整后变量B为50 mm ≤ B ≤ 800 mm.3）设背部两侧圆角半径为特征参数C. 根据Cheng[13]的研究，两侧边缘由棱角变为圆角时，对车辆尾部流场影响最大，为观察此影响，又考虑到车辆尺寸，变量取值范围不宜太大，定为10 mm≤C≤100 mm.3个特征参数示意图如图4所示.2.2 试验设计为辨识3个特征参数的交互影响规律，采用优化拉丁超立方法生成样本点来进行试验设计. 该方法改变了随机拉丁超立方设计的均匀性，使因子和响应拟合更为精确，且具有非常好的填充空间均衡性. 根据3个变量因子，为减小仿真过程的误差，提高模拟仿真的准确度，试验研究中取50组样本点，依据样本点生成相应的数字几何模型，分别对其进行网格划分和数值仿真计算以获得气动阻力系数Cd（数值仿真方案与1.2节相同）.在整个试验仿真研究过程中，必须经过参数化几何建模、网格划分、CFD流场计算、优化设计等过程，费时费力. 对此，基于UG二次开发实现几何模型数据交换，以脚本文件对ICEM建立自动網格划分命令，建立的操作日志文件可实现CFD边界条件、控制方程和参数调用等功能. 然后在Isight软件中[14]，采用批处理文件实现几何模型修改、网格划分、流体分析计算3个环节的数据调用、启动、关闭等操作，从而建立高效的集成优化技术. 详细过程见文献[15].2.3 交互影响分析2.3.1 阻力的交互影响分析研究特征参数对气动阻力影响，转化为对Cd的贡献量分析. 分析应分3个层次，即：独立特征参数变化对Cd的贡献量、相邻两个特征参数变化对Cd的贡献量交互效应、3个特征参数变化对Cd的贡献量交互效应.根据试验设计样本进行数值仿真，计算获得如图5所示的汽车尾部3个特征参数独立变化对气动阻力的一维贡献百分比Pareto图. 该图反映了各变量对响应Cd的贡献程度百分比，横坐标为贡献量百分比，依照不同特征参数的贡献量绝对值大小，从上至下依次排列. 由图5可见，特征参数A对气动阻力的影响为正效应，而特征参数B和C的变化对气动阻力的影响为负效应. 进一步分析为随着特征参数A的增大，引起Cd相对增大，正向影响率最大可达51%;特征参数C增大，引起Cd相对减小，最大产生负向影响可达42%;特征参数B产生的负向影响仅为7%.然而特征参数的独立变化对Cd的贡献量分析，仅表征了3种特征参数理想条件下的主次因素，而实际上3个特征参数一旦变化，必然导致造型结构的变化. 因此，应进一步分析3个特征参数之间对气动阻力Cd的交互效应.图6为A、B、C 3个特征参数两两之间的交互效应图. 其中纵坐标为模型的Cd值，横坐标为各特征参数从低到高的取值，由于3个特征参数间的取值和单位不统一，归一化后横坐标无单位量纲. 交互效应图反映了两个特征参数交互性对响应Cd的关联程度，它是在第2个特征参数取不同水平的情况下，分别绘制第1个特征参数对响应的主效应图，然后叠加而成. 如果交互效应图中的2条线相互平行，则表示这2个特征参数无交互作用;如果2条线不平行，则表示有交互作用，不平行的程度反映了交互效应的强弱. 由图6（a）（b）可见，两条线交叉，且图6（a）中2条线的不平行性更加明显，说明A与B、A与C间均存在交互效应，且A与B的交互效应更加强烈，即后背倾角与后背顶部圆角、后背倾角与背部两侧圆角均存在交互效应，且前者的交互效应更加强烈，即后风窗玻璃与上顶部夹角参数引起的Cd变化存在被其余2个特征参数分别引起的Cd变化抵消的交互效应. 图6（c）为B与C的交互效应图，图中2条线没有出现交叉，说明后背顶部圆角半径与背部两侧圆角半径的交互效应较弱.。

基于改进IMK恢复力模型的钢筋混凝土柱参数识别与应用

基于改进IMK恢复力模型的钢筋混凝土柱参数识别与应用作者：郭玉荣龙沐恩来源：《湖南大学学报·自然科学版》2021年第01期摘要：提出了一種利用钢筋混凝土柱拟静力试验数据识别改进IMK模型骨架曲线参数，进而提高钢筋混凝土框架结构非线性模拟精度的方法. 通过引入可抗差的基于奇异值分解的无迹卡尔曼滤波算法（抗差SVD-UKF算法），抑制观测值粗差对参数识别的影响，采用粒子群算法对初始协方差矩阵、过程噪声矩阵和测量噪声矩阵进行自动寻优，在MATLAB中实现了柱滞回特征正负向对称与非对称两种情况下改进IMK恢复力模型骨架曲线参数的识别. 钢筋混凝土柱实测滞回曲线的模型骨架曲线参数识别结果及其在框架结构非线性模拟中的应用结果验证了本文方法的有效性.关键词：恢复力模型;滞回特征;参数识别;抗差SVD-UKF算法;粒子群算法中图分类号：TU317 文献标志码：A文章编号：1674—2974（2021）01—0126—09Abstract：A method for identifying the backbone curve parameters of the modified Ibarra-Medina-Krawinkler （IMK） model by using quasi-static test data of reinforced concrete columns and thus improving the simulation accuracy of reinforced concrete frame structures is proposed in this paper. In this method， a robust unscented Kalman filtering algorithm based on singular value decomposition（robust SVD-UKF algorithm） is introduced to suppress the influence of gross error of the observation on the parameter identification， and the particle swarm optimization algorithm is adopted to automatically optimize the initial covariance matrix， the process and measurement noise matrices. The identification of backbone curve parameters of the modified IMK model is realized using MATLAB，in which the symmetric and asymmetric hysteresis behavior of the columns in the positive and negative direction is considered. The effectiveness of the proposed method is verified by model backbone curve parameter identification based on the measured hysteretic curves of reinforced concrete columns and its application in the nonlinear simulation of frame structures.Key words：hysteretic model;hysteretic behavior;parameter identification;robust SVD-UKF algorithm;particle swarm optimization algorithm钢筋混凝土框架结构的地震响应混合模拟[1] 及其抗倒塌性能的分析，需要可有效模拟钢筋混凝土构件滞回特征[2]的恢复力模型及准确的模型参数. 塑性铰模型是框架结构非线性模拟常采用的一种模型，它不仅反映构件的力学特征，还与构件的材料、约束状况及空间布局密切相关. 几十年以来，塑性铰模型已有了飞速发展，Clough等[3]开发了双线性模型;Wen[4]提出了光滑的塑性铰模型;Takeda等[5]开发了三线性塑性铰模型. 但是上述常见模型不能充分考虑构件在循环往复荷载作用下的刚度和强度退化，影响了整体结构模拟分析的精确性. Ibarra等[6-7]开发了复杂的塑性铰模型即改进的IMK （Ibarra-Medina-Krawinkler）模型. 改进IMK模型作为一种以三折线为骨架曲线的塑性铰模型，引入了基于能量耗散的退化参数β，考虑了构件在往复荷载作用下的多种刚度和强度退化，相对于其他塑性铰模型，能够较好地对钢筋混凝土梁柱的滞回特征进行有效模拟. 但根据模型经验公式直接计算的改进IMK模型骨架曲线参数可能会存在明显的误差，从而影响框架结构地震响应模拟精度或导致结构抗倒塌性能分析产生较大误差，因此，在选择恢复力模型之后，模型参数的准确度成为影响结构体系模拟精度的主要因素之一. 为此，本文提出一种结合拟静力试验的混合模拟方法，先从框架结构中选取部分关键构件进行拟静力试验，然后基于构件实测滞回曲线对构件恢复力模型骨架曲线参数进行识别，最后将识别的参数用于更新结构中相同构件的恢复力模型参数，并进行整体结构非线性数值模拟. 在这一混合模拟方法中，模型参数识别是最关键的环节之一.目前在土木工程领域广泛使用的参数识别方法主要有最小二乘估计法（Least Square Estimation，LSE）、扩展卡尔曼滤波法（Extended Kalman Filter，EKF）和无迹卡尔曼滤波法（Unscented Kalman Filter，UKF）[8]，其中UKF算法以其高效性成為非线性参数识别的常用方法. 但UKF方法在实际运用时仍存在一些局限性，系统状态先验信息矩阵会因为观测粗差、系统噪声等不确定的因素失去正定性，中断滤波进程，观测粗差等因素还会影响滤波过程，影响收敛速度和识别结果;此外，在UKF方法中初始协方差矩阵及过程噪声和测量噪声矩阵的确定较为繁琐，但它们的取值却又决定着参数识别的准确性. 基于此，本文运用可抗差的基于奇异值分解的无迹卡尔曼滤波算法（robust unscented Kalman filtering algorithm based on singular value decomposition，抗差SVD-UKF算法）[9]来解决状态先验信息矩阵失去正定性的问题并抑制粗差等对滤波过程的影响，并通过粒子群算法对初始协方差矩阵及过程噪声矩阵和测量噪声矩阵进行自动寻优，采用MATLAB实现了改进IMK恢复力模型骨架曲线参数的识别. 通过基于陆新征等的框架柱拟静力试验数据[10]的模型参数识别以及对其整体框架结构拟静力试验结果[11]的模拟对比，来验证本文方法的有效性.1 改进的IMK恢复力模型改进的IMK恢复力模型是一种用塑性铰来模拟梁柱构件非线性行为的恢复力模型，它采用三折线骨架曲线（如图1所示），其骨架曲线形状由5个参数EIy、θcap，p l、θpc、My、Mc /My确定，参数的计算如式（1）～式（5）[12]所示，其循环能量耗散能力λ的计算如公式（6）所示.式中：EIy为割线模量;θcap，p l为塑性转角;θpc为峰值后转角;My为屈服弯矩值;Mc /My 为屈服后硬化刚度;P/Ag f ′ c、ν均为轴压比;？准y和ky为由构件基本信息计算出的参数，在此不作展开;δ′= d′/d，d′为受压区边缘到受压钢筋中心的距离;s为塑性铰区的箍筋间距;asl为纵向钢筋滑移系数（考虑取1，不考虑取0）;sn为钢筋屈曲系数，sn=（s/db）（fy /100）0.5，db 为纵筋直径，fy为纵筋屈服强度;f ′ c为混凝土轴心抗压强度，单位为MPa;cunits是单位换算量，当f ′ c的单位为MPa时cunits取1;ρsh为柱塑性铰区的横向钢筋面积比;ρ为纵筋配筋率;b 和d分别为柱横截面的宽度和高度.2 无迹卡尔曼滤波算法2.1 标准UKF算法2.1.1 时间预测利用第K-1步状态向量构造一组总数为2L+1的sigma点集，L为状态量的维度，X在本文中为待识别的参数 K1、K2、K3、 fy、 fp和恢复力r组成的状态向量：2.2 抗差SVD-UKF算法在观测粗差、计算机截断误差等因素的干扰下，状态协方差矩阵可能会失去正定性，导致无损变换（Unscented Transformation，UT）中的Cholesky分解失效. 本文采用SVD分解生成sigma点集，之后在UKF算法中通过抗差因子调节噪声矩阵来抑制观测粗差等因素对滤波过程的影响，该算法的流程图如图2所示.2.2.1 抗差模型抗差因子将观测值作为考量因素引入滤波过程中，起到动态调整测量噪声的作用. 采用观测残差构建抗差因子，抗差因子θk的表达式与IGGIII函数的形式相似，其表达式如下：式中：k0、k1为阈值参数，k0通常取1.0 ～ 2.0，k1取3.0 ～8.5，本文中k0取1，k1取3;vk为当前步观测值与估计值的残差; vk为当前步观测值与估计值残差的均值;svk、σk分别为当前步观测值与估计值残差的标准化量和观测值与估计值残差的样本标准差.2.2.2 SVD分解与观测协方差矩阵的调整为了解决在异常情况下状态协方差矩阵失去正定性而无法使用Cholesky分解的问题，引入SVD分解计算sigma点集，计算公式如下：2.2.3 粒子群算法的自动寻优粒子群算法是模拟鸟群随机搜寻食物的捕食行为，鸟群通过自身经验和种群之间的交流调整自己的搜寻路径，从而找到食物最多的地点，其中每只鸟的位置为自变量组合，每次到达地点的食物密度即为函数值. 每次搜寻都会根据自身经验（自身历史搜寻的最优地点）和种群交流（种群历史搜寻的最优地点）调整自身的搜寻方向和速度，这称为跟踪极值，从而找到最优解. 粒子群算法的流程图如图3所示.本文中定义粒子的位置为初始协方差矩阵的每个元素以及过程噪声和测量噪声矩阵的每个元素，即相当于构造了一个N维的空间，并让鸟群在这个N维空间中搜寻使适应度函数取值最小的坐标解，适应度函数为在每一个粒子自变量组合经过SVD-UKF算法识别参数后，由识别参数计算所得的每个恢复力值与相应试验值的残差平方和，残差平方和越大表示识别的结果越不可靠，反之则识别结果越可靠，也即粒子自身包含的自变量组合的取值越合理. 状态转移方程是表示粒子由当前时刻至下一时刻的位置变化方式，状态转移方程如下：2.2.4 抗差SVD-UKF算法抗差效果分析基于改进IMK三折线模型的MATLAB仿真，以表1参数为仿真参数值，通过输入位移峰值依次为4、10 、15 、20 、25 、30 、40 、45 、55 mm以及各级位移峰值循环两圈的加载序列，计算得到恢复力序列，之后为检验抗差效果将两类异常观测引入仿真结果.目前在土木工程领域广泛使用的参数识别方法主要有最小二乘估计法（Least Square Estimation，LSE）、扩展卡尔曼滤波法（Extended Kalman Filter，EKF）和无迹卡尔曼滤波法（Unscented Kalman Filter，UKF）[8]，其中UKF算法以其高效性成为非线性参数识别的常用方法. 但UKF方法在实际运用时仍存在一些局限性，系统状态先验信息矩阵会因为观测粗差、系统噪声等不确定的因素失去正定性，中断滤波进程，观测粗差等因素还会影响滤波过程，影响收敛速度和识别结果;此外，在UKF方法中初始协方差矩阵及过程噪声和测量噪声矩阵的确定较为繁琐，但它们的取值却又决定着参数识别的准确性. 基于此，本文运用可抗差的基于奇异值分解的无迹卡尔曼滤波算法（robust unscented Kalman filtering algorithm based on singular value decomposition，抗差SVD-UKF算法）[9]来解决状态先验信息矩阵失去正定性的问题并抑制粗差等对滤波过程的影响，并通过粒子群算法对初始协方差矩阵及过程噪声矩阵和测量噪声矩阵进行自动寻优，采用MATLAB实现了改进IMK恢复力模型骨架曲线参数的识别. 通过基于陆新征等的框架柱拟静力试验数据[10]的模型参数识别以及对其整体框架结构拟静力试验结果[11]的模拟对比，来验证本文方法的有效性.1 改进的IMK恢复力模型改进的IMK恢复力模型是一种用塑性铰来模拟梁柱构件非线性行为的恢复力模型，它采用三折线骨架曲线（如图1所示），其骨架曲线形状由5个参数EIy、θcap，p l、θpc、My、Mc /My确定，参数的计算如式（1）～式（5）[12]所示，其循环能量耗散能力λ的计算如公式（6）所示.式中：EIy为割线模量;θcap，p l为塑性转角;θpc为峰值后转角;My为屈服弯矩值;Mc /My 为屈服后硬化刚度;P/Ag f ′ c、ν均为轴压比;？准y和ky为由构件基本信息计算出的参数，在此不作展开;δ′= d′/d，d′为受压区边缘到受压钢筋中心的距离;s为塑性铰区的箍筋间距;asl为纵向钢筋滑移系数（考虑取1，不考虑取0）;sn为钢筋屈曲系数，sn=（s/db）（fy /100）0.5，db 为纵筋直径，fy为纵筋屈服强度;f ′ c为混凝土轴心抗压强度，单位为MPa;cunits是单位换算量，当f ′ c的单位为MPa时cunits取1;ρsh为柱塑性铰区的横向钢筋面积比;ρ为纵筋配筋率;b 和d分别为柱横截面的宽度和高度.2 無迹卡尔曼滤波算法2.1 标准UKF算法2.1.1 时间预测利用第K-1步状态向量构造一组总数为2L+1的sigma点集，L为状态量的维度，X在本文中为待识别的参数 K1、K2、K3、 fy、 fp和恢复力r组成的状态向量：2.2 抗差SVD-UKF算法在观测粗差、计算机截断误差等因素的干扰下，状态协方差矩阵可能会失去正定性，导致无损变换（Unscented Transformation，UT）中的Cholesky分解失效. 本文采用SVD分解生成sigma点集，之后在UKF算法中通过抗差因子调节噪声矩阵来抑制观测粗差等因素对滤波过程的影响，该算法的流程图如图2所示.2.2.1 抗差模型抗差因子将观测值作为考量因素引入滤波过程中，起到动态调整测量噪声的作用. 采用观测残差构建抗差因子，抗差因子θk的表达式与IGGIII函数的形式相似，其表达式如下：式中：k0、k1为阈值参数，k0通常取1.0 ～ 2.0，k1取3.0 ～8.5，本文中k0取1，k1取3;vk为当前步观测值与估计值的残差; vk为当前步观测值与估计值残差的均值;svk、σk分别为当前步观测值与估计值残差的标准化量和观测值与估计值残差的样本标准差.2.2.2 SVD分解与观测协方差矩阵的调整为了解决在异常情况下状态协方差矩阵失去正定性而无法使用Cholesky分解的问题，引入SVD分解计算sigma点集，计算公式如下：2.2.3 粒子群算法的自动寻优粒子群算法是模拟鸟群随机搜寻食物的捕食行为，鸟群通过自身经验和种群之间的交流调整自己的搜寻路径，从而找到食物最多的地点，其中每只鸟的位置为自变量组合，每次到达地点的食物密度即为函数值. 每次搜寻都会根据自身经验（自身历史搜寻的最优地点）和种群交流（种群历史搜寻的最优地点）调整自身的搜寻方向和速度，这称为跟踪极值，从而找到最优解. 粒子群算法的流程图如图3所示.本文中定义粒子的位置为初始协方差矩阵的每个元素以及过程噪声和测量噪声矩阵的每个元素，即相当于构造了一个N维的空间，并让鸟群在这个N维空间中搜寻使适应度函数取值最小的坐标解，适应度函数为在每一个粒子自变量组合经过SVD-UKF算法识别参数后，由识别参数计算所得的每个恢复力值与相应试验值的残差平方和，残差平方和越大表示识别的结果越不可靠，反之则识别结果越可靠，也即粒子自身包含的自变量组合的取值越合理. 状态转移方程是表示粒子由当前时刻至下一时刻的位置变化方式，状态转移方程如下：2.2.4 抗差SVD-UKF算法抗差效果分析基于改进IMK三折线模型的MATLAB仿真，以表1参数为仿真参数值，通过输入位移峰值依次为4、10 、15 、20 、25 、30 、40 、45 、55 mm以及各级位移峰值循环两圈的加载序列，计算得到恢复力序列，之后为检验抗差效果将两类异常观测引入仿真结果.目前在土木工程领域广泛使用的参数识别方法主要有最小二乘估计法（Least Square Estimation，LSE）、扩展卡尔曼滤波法（Extended Kalman Filter，EKF）和无迹卡尔曼滤波法（Unscented Kalman Filter，UKF）[8]，其中UKF算法以其高效性成为非线性参数识别的常用方法. 但UKF方法在实际运用时仍存在一些局限性，系统状态先验信息矩阵会因为观测粗差、系统噪声等不确定的因素失去正定性，中断滤波进程，观测粗差等因素还会影响滤波过程，影响收敛速度和识别结果;此外，在UKF方法中初始协方差矩阵及过程噪声和测量噪声矩阵的确定较为繁琐，但它们的取值却又决定着参数识别的准确性. 基于此，本文运用可抗差的基于奇异值分解的无迹卡尔曼滤波算法（robust unscented Kalman filtering algorithm based on singular value decomposition，抗差SVD-UKF算法）[9]来解决状态先验信息矩阵失去正定性的问题并抑制粗差等对滤波过程的影响，并通过粒子群算法对初始协方差矩阵及过程噪声矩阵和测量噪声矩阵进行自动寻优，采用MATLAB实现了改进IMK恢复力模型骨架曲线参数的识别. 通过基于陆新征等的框架柱拟静力试验数据[10]的模型参数识别以及对其整体框架结构拟静力试验结果[11]的模拟对比，来验证本文方法的有效性.1 改进的IMK恢复力模型改进的IMK恢复力模型是一种用塑性铰来模拟梁柱构件非线性行为的恢复力模型，它采用三折线骨架曲线（如图1所示），其骨架曲线形状由5个参数EIy、θcap，p l、θpc、My、Mc /My确定，参数的计算如式（1）～式（5）[12]所示，其循环能量耗散能力λ的计算如公式（6）所示.式中：EIy为割线模量;θcap，p l为塑性转角;θpc为峰值后转角;My为屈服弯矩值;Mc /My 为屈服后硬化刚度;P/Ag f ′ c、ν均为轴压比;？准y和ky为由构件基本信息计算出的参数，在此不作展开;δ′= d′/d，d′为受壓区边缘到受压钢筋中心的距离;s为塑性铰区的箍筋间距;asl为纵向钢筋滑移系数（考虑取1，不考虑取0）;sn为钢筋屈曲系数，sn=（s/db）（fy /100）0.5，db 为纵筋直径，fy为纵筋屈服强度;f ′ c为混凝土轴心抗压强度，单位为MPa;cunits是单位换算量，当f ′ c的单位为MPa时cunits取1;ρsh为柱塑性铰区的横向钢筋面积比;ρ为纵筋配筋率;b 和d分别为柱横截面的宽度和高度.2 无迹卡尔曼滤波算法2.1 标准UKF算法2.1.1 时间预测利用第K-1步状态向量构造一组总数为2L+1的sigma点集，L为状态量的维度，X在本文中为待识别的参数 K1、K2、K3、 fy、 fp和恢复力r组成的状态向量：2.2 抗差SVD-UKF算法在观测粗差、计算机截断误差等因素的干扰下，状态协方差矩阵可能会失去正定性，导致无损变换（Unscented Transformation，UT）中的Cholesky分解失效. 本文采用SVD分解生成sigma点集，之后在UKF算法中通过抗差因子调节噪声矩阵来抑制观测粗差等因素对滤波过程的影响，该算法的流程图如图2所示.2.2.1 抗差模型抗差因子将观测值作为考量因素引入滤波过程中，起到动态调整测量噪声的作用. 采用观测残差构建抗差因子，抗差因子θk的表达式与IGGIII函数的形式相似，其表达式如下：式中：k0、k1为阈值参数，k0通常取1.0 ～ 2.0，k1取3.0 ～8.5，本文中k0取1，k1取3;vk为当前步观测值与估计值的残差; vk为当前步观测值与估计值残差的均值;svk、σk分别为当前步观测值与估计值残差的标准化量和观测值与估计值残差的样本标准差.2.2.2 SVD分解与观测协方差矩阵的调整为了解决在异常情况下状态协方差矩阵失去正定性而无法使用Cholesky分解的问题，引入SVD分解计算sigma点集，计算公式如下：2.2.3 粒子群算法的自动寻优粒子群算法是模拟鸟群随机搜寻食物的捕食行为，鸟群通过自身经验和种群之间的交流调整自己的搜寻路径，从而找到食物最多的地点，其中每只鸟的位置为自变量组合，每次到达地点的食物密度即为函数值. 每次搜寻都会根据自身经验（自身历史搜寻的最优地点）和种群交流（种群历史搜寻的最优地点）调整自身的搜寻方向和速度，这称为跟踪极值，从而找到最优解. 粒子群算法的流程图如图3所示.本文中定义粒子的位置为初始协方差矩阵的每个元素以及过程噪声和测量噪声矩阵的每个元素，即相当于构造了一个N维的空间，并让鸟群在这个N维空间中搜寻使适应度函数取值最小的坐标解，适应度函数为在每一个粒子自变量组合经过SVD-UKF算法识别参数后，由识别参数计算所得的每个恢复力值与相应试验值的残差平方和，残差平方和越大表示识别的结果越不可靠，反之则识别结果越可靠，也即粒子自身包含的自变量组合的取值越合理. 状态转移方程是表示粒子由当前时刻至下一时刻的位置变化方式，状态转移方程如下：2.2.4 抗差SVD-UKF算法抗差效果分析基于改进IMK三折线模型的MATLAB仿真，以表1参数为仿真参数值，通过输入位移峰值依次为4、10 、15 、20 、25 、30 、40 、45 、55 mm以及各级位移峰值循环两圈的加载序列，计算得到恢复力序列，之后为检验抗差效果将两类异常观测引入仿真结果.。

基于CFD的GTF发动机风扇驱动齿轮箱行星齿轮风阻损失分析

第51卷第4期2020年4月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.51No.4Apr.2020基于CFD 的GTF 发动机风扇驱动齿轮箱行星齿轮风阻损失分析鲍和云，王春雷，陆凤霞，朱如鹏(南京航空航天大学直升机传动技术重点实验室，江苏南京，210016)摘要：建立GTF (齿轮驱动风扇)发动机风扇驱动齿轮箱内部流体几何模型，采用RNG k −ε湍流模型和MRF 模型进行数值模拟，研究风扇驱动齿轮箱人字齿行星齿轮齿面、端面和内孔特征面的风阻损失，并与Anderson 齿轮风阻损失经验公式的计算结果进行对比，分析行星架腔体的直径和长度对湍流能、湍流黏度和人字齿行星齿轮各特征面风阻损失的影响。

研究结果表明：行星齿轮风阻损失仿真结果与经验公式结果相差较小。

风扇驱动齿轮箱人字齿行星齿轮具有较大的风阻损失，齿面风阻损失占总风阻损失的69.7%。

减小行星架腔体直径和长度对行星架内部流体的湍流分布产生一定的影响，并随着行星架腔体直径和长度的减小，湍流较大的区域面积减小。

减小风扇驱动齿轮箱行星架腔体长度和直径可抑制人字齿行星齿轮各特征面风阻。

减小行星架腔体直径和长度可导致单个人字齿行星齿轮风阻损失分别降低276W 和165W 。

关键词：GTF 发动机；人字齿轮；CFD ；风阻损失；行星架中图分类号：TH132.413文献标志码：A开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2020）04-0971-08Windage losses analysis of GTF engine fan drive gearboxplanetary gear based on CFDBAO Heyun,WANG Chunlei,LU Fengxia,ZHU Rupeng(National Key Laboratory of Science and Technology on Helicopter Transmission,Nanjing University ofAeronautics and Astronautics,Nanjing 210016,China)Abstract:Geometric model of the internal fluid in the fan drive gearbox of GTF(geared turbonfan)engine was established.RNG k-εturbulence model and MRF model were used to numberically simulate the internal flow field of the fan drive gearbox.The windage losses of the herringbone planetary gear tooth surface,end-face and inner hole characteristic surface of the fan-driven gearbox were studied and compared with the calculation results of Anderson gear windage losses empirical formula.The influence of the diameter and length of the planetary carrier cavity on the turbulence energy,turbulence viscosity and the windage losses of each characteristic surface of the herringbone planetary gear was analyzed.The results show that the difference between the numerical simulationDOI:10.11817/j.issn.1672-7207.2020.04.012收稿日期：2019−07−08；修回日期：2019−10−08基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(51975274)；南京航空航天大学直升机传动技术重点实验室资金资助项目(HTL-A-19K03)(Project(51975274)supported by the National Natural Science Foundation of China;Project(HTL-A-19K03)supported by the National Key Laboratory of Science and Technology on Helicopter Transmission of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics)通信作者：鲍和云，副教授，从事机械传动、动力学及减振研究；E-mail:*****************.cn第51卷中南大学学报(自然科学版)results and the empirical formula results is small.The herringbone planetary gear of the fan drive gearbox has a large loss of windage losses and the windage losses on the tooth surface accounts for 69.7%of the total windage losses.Reducing the diameter and length of the planetary carrier cavity has a certain influence on the turbulent distribution of the fluid inside the planetary carrier.The area of the larger turbulence decreases with the decrease of the diameter and length of the planetary carrier cavity.Reducing the length and diameter of the planetary carrier cavity of the fan drive gearbox has the effect of restraining the windage losses of each characteristic surface of the herringbone planetary gear.The windage losses of single herringbone planetary gear decreases by 276W and 165W with the decrease of the diameter and length of the planetary carrier cavity,respectively.Key words:GTF (geared turbofan)engine;herringbone gear;CFD;windage losses;planet carrier受环境保护和运行成本限制，燃油经济性成为评价航空发动机性能的重要指标，提高发动机效率已成为国内外学者研究的热点。

高涵道比高效率风扇气动设计与CFD 分析

772022年7月下第14期总第386期工艺设计改造及检测检修China Science & Technology Overview1.文献综述1.1 设计过程设计过程一般包括初始设计、throughflow 方法、叶栅计算、准三维计算、三维计算流体动力学模拟分析。

初始设计的重要性在于它能影响压气机布局甚至发动机循环。

初始设计用来构造速度三角形以及级负载（stage loading）、流系数等参数。

压气机的尺寸也能计算出来。

计算流体动力学（CFD）正被越来越来用在涡轮机械的设计和分析过程。

CFD 是对包含流体、传热、以及化学反应的系统的仿真。

在CFD 中，雷诺平均Navier-Storkes （RANS）方程在一个计算网格上求解，以获得网格上的流场。

CFD 能预测叶片表面压力分布、跨音速过程以及泄露等。

但边界层和二次流的预测可能不是很准确。

1.2 叶栅叶栅主要有C 系列、NACA 65以及双圆弧叶栅等。

C系列主要应用在英国，有C4、C5和C7。

NACA 65主要应用在美国。

这2种叶栅适用于亚音速情况。

而双圆弧可适用于跨音速情况。

1.3 漩涡理论（vortex theory）漩涡理论是关于流体元素径向平衡的理论。

一个流体元素在转子中旋转会受到离心力的作用，该离心力需要径向的静压差来平衡。

有几种旋涡理论如自由旋涡、强制旋涡、可变旋涡和混合旋涡。

1.4 激波及损失当进气马赫数低于1.5[1]时且无边界层分离，激波是一种有效的压缩空气的方式。

当进气马赫数低于1.5时，由正激波引起的损失非常小。

1.5 关键参数1.5.1涵道比和风扇压比涵道比（BPR）是外涵流量与内涵流量的比值。

高涵道比能提供更高的起飞推力且能使耗油率降低。

当涵道比、涡轮进口温度、总压比确定后，存在一个最优风扇压比，且最优压比随着涵道比的增加而降低。

1.5.2风扇叶尖速度叶尖速度通常受机械强度所限，其值一般小于500m/s [3]。

湖南大学2009年秋季工程热力学期末复习题(热能与动力工程)

湖南大学2009年秋季工程热力学期末复习题一、判断题（正确的画+，错误的画—）(1) 实际蒸汽动力装置与燃气轮装置，采用回热后平均加热温度与热效率均提高。

（）(2) 封闭系统中发生吸热过程系统熵必增加。

（）(3) 通用气体常数与气体种类无关。

（）(4) 热力系统没有通过外界交换能量，系统的热力状态也可能发生变化。

（）(5) 当已知封闭系统发生某个过程前后熵差的数值，就可以求出在过程中系统与外界交换热量。

（）(6) 热力学第二定律可以表述为：机械能可以完全转化为热能，热能不能全部转化为机械能.( )(7) 在 p-v 图上定温线的斜率比定熵线的斜率大。

（）(8) 热力学恒等式 du=Tds —pdv 与过程可逆与否无关。

（）(9) 理想气体的定摩尔比热与压力无关。

（）(10) 气体从相同的初态压缩到相同的终压力，等温压缩过程功大于绝热压缩过程功，因此，压力机应注意保温，减少冷却，以减少压气机消耗的功.( )(11) 对于确定的理想气体，在任意指定温度下，其（C p —C v ）总等于同一定值。

（）(12) 循环净功愈大，则循环的热效率愈高。

（）(13) 汽轮机对外输出的功在过程为可逆时等于流过汽轮机的气体的膨胀功。

（）(14) 绝热节流后，流体的温度不是升高，就是降低。

（）(15) 在热泵循环中，室外低温环境中的热能被送至室内高温环境中，因此，可用能增加了。

（）(16) 实际气体绝热自由膨胀后，其热力学内能不变。

（）(17) 公式dh=p c dT 的任何可逆过程。

（）(18) 稳定流动能量方程不适用于有摩擦的情况。

（）(19) 当多变过程的指数 n 满足 1< n < k 比热容为负值。

（）(20) 热源和冷源的温差愈大，热效率愈高，制冷系数也愈大。

（）(21) 绝热过程一定是定熵过程。

（）(22) 水在大气中喷淋冷却时温度能降低到低于空气的温度。

胡伟峰简历

胡伟峰（南京航空航天大学）本、硕、博就读于湖南大学工业设计专业，2010年获湖南大学工业设计专业博士学位，师从赵江洪教授。

研究方向为：交互设计与体验策略、用户研究与产品定义、产品设计理论与方法、设计哲学、品牌基因等。

先后参与国家重点基础研究发展973计划项目子课题（课题编号：2004CB719401）、国家自然科学基金重点项目（项目编号：60635020）、中气专项（中国高水平汽车自主创新能力建设）等多项纵向研究课题。

主持2011年教育部人文社科研究青年基金项目（项目编号：11YJCZH063）、湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室开放基金项目（项目编号：31115018）、南京航空航天大学引进人才项目（项目编号：1005-56YAH11016）、江南大学自主科研项目等纵向研究课题。

在《机械工程学报》、《中国机械工程》、《机械设计与研究》、《装饰》等学术期刊及国际会议上发表学术论文10多篇，其中EI检索3篇、ISTP检索2篇、CSSCI检索1篇。

主持多项横向企业产品开发项目，帮助三一重工、康佳、美的、大连机床集团、中国兵器工业集团、中联等企业成功开发了80多项新产品，以及多宽基于移动终端的交互式APP开发和实体交互产品，获得软件著作权一项。

教育与工作背景：1998.09-2002.07 湖南大学工业设计系工业设计专业工学学士2002.09-2005.07 湖南大学设计艺术学院工业设计专业硕士2005.09-2010.12 湖南大学设计艺术学院工业设计专业博士工作经历: 南京航空航天大学机电学院、江南大学设计学院副教授、硕导学术成果（科研论文）：［1］胡伟峰，赵江洪. 用户期望意象驱动的汽车造型基因进化. 机械工程学报, 2011,47(16), 176-181 (EI检索)［2］胡伟峰，赵江洪，赵丹华. 基于造型特征线的汽车造型意象研究. 中国机械工程, 2009, (2): 496-500［3］胡伟峰，陈黎，刘苏，赵江洪. 汽车品牌造型基因提取及可视化研究. 机械设计与研究, 2011, 27(2): 60-65［4］Hu Weifeng, Zhao Jianghong. Study on styling image and brand identity of vehicle based on mechanism constraints. In: The 7th International Conference on Computer-Aided Industrial Design & Conceptual Design. US: IEEE Press, 2006, 126-130 (EI & ISTP检索)［5］Hu Weifeng, Zhou Haihai, Chen Li. A study of method on automobile form feature lines evolutionary design driven by users’expectation image. In: The 6thInternational Conference on Natural Computation, 2010, 8: 2259-2263 (EI & ISTP检索)［6］胡伟峰，赵江洪. 中国古车的功能特征探析. 装饰, 2008, 4: 30-34［7］胡伟峰，杨雄勇. 基于计算机的现代客车造型设计. 客车技术与研究, 2005, 27(1): 16-17, 23［8］Hu Weifeng, Zhao Jianghong, Liao Haijin. Research on style image cognition of vehicle form based on feature. 2007国际工业设计教育研讨会论文集，2007, 10: 184-187［9］李然，赵江洪，胡伟峰. 传统制器之道——中国汽车造型设计之本土化根源. 艺术与设计, 2008, 6: 155-156［10］吴相均，赵江洪，胡伟峰. 精简求真, 材美工巧——中国古车车轮设计思想探析. 艺术与设计, 2008, 8: 186-188［11］周海海，胡伟峰，陈黎. 工业设计与工程结构设计的衔接研究——以金融机具类产品设计为例. 价值工程, 2010, 23: 135-136［12］陈黎，胡伟峰，周海海. 信息论视角的产品广告美学效果测量方法初探，价值工程，2011.11承担科研项目：1．2011年教育部人文社科研究青年基金项目，项目批准号：11YJCZH0632，2011-2013（主持）2．南京航空航天大学引进人才科研启动项目，项目批准号：1005-56YAH11016，2011-2013（主持）3．湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室开放基金项目，课题编号：311150184．江南大学自主科研基金项目。

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( 1)
( 2) 运动方程
5 (uiu j )/ 5xi = - 5 p/5 xj +
[ Leff (5 ui/ 5 x j + 5 uj / 5 x i) ] / 5x j
( 2)
其中, Leff 为湍流有效黏性系数, 定义如下:
Leff = L+ Lt
( 3)
Lt = QC Lk 2 / E
式中, ui 、uj 为平均速度分量; x i 、x j 为坐标分量; p 为流体
文章编号: 1004 ) 132X( 2011) 04 ) 0474 ) 05
Study on Drag Characteristics for Flow Field of Underhood Based on Numerical Model of Cooling System Y uan Zhiqun1 G u Zheng qi2, 3 F ang Q iu1 Y uan Xiayi3
图 2 汽车整车模型
2 数值计算方法
2. 1 网格划分计算域为一个围绕车身的长方体, 汽车模型
前部留 3 倍车长的长度, 后部留 7 倍车长的长度, 上部留 5 倍车高的长度, 两侧均留 5 倍车宽的长度, 数值风洞阻塞比为 11 93% , 可认为整个计算域与实际空气流动区域具有一致性。
采用 OCT REE 方法在整个计算域生成非结构化空间网格, 在车身内外表面拉伸出与其平行
# 474 #
在传统的汽车设计过程中, 发动机舱流场常依靠设计者的经验或采用工程评估的方法进行控制, 产品基本定型后再进行风洞实验验证, 但目前的实验手段很难清楚地捕捉到发动机舱内部的流
动特性, 也很难预测发动机舱内流阻力的变化规律[ 6] , 以致于数据不能及时更新、设计周期延长、成本增加。随着计算机发展及计算技术的进步, 数值计算得到迅猛发展[ 7-8] , 成为空气动力学研究的辅助手段, 它避免了风洞实验的许多瓶颈问题, 可与风洞实验结果相互对比, 对风洞实验结论进行补充校正, 数值计算得到的发动机舱布置参数与汽车空气动力学特性规律关系, 可对改善汽车气动特性在理论上进行指导。
式( 4)、式( 5) 中, Rk 、RE、C1 、C2 是常数, v 是流体的速度, C1 由式( 7) 计算, S 是变形张量。Gk 是由于平均速度梯度引起的湍动能 k 的产生项, 由下式计算:
Gk = Lt (5 ui / 5x j + 5 uj / 5x i) 5ui /5 x i
( 6)
流处理。研究表明 Realizable k- E湍流模型在气动参数计算方面比较理想[ 9] , 本文即选用该湍流模型进行分析。
1. 1 基本方程
湍流计算的基本控制方程为三维不可压缩雷
诺时均 Navier - St okes 方程, 简称 RANS 方程,
其控制方程如下:
( 1) 连续方程
5 ui /5 x i = 0
1. Xiamen Universit y of T echno logy, Xiam en, F ujian, 361024 2. H unan U niversit y of T echno logy , Z huzhou, H unan, 412008
3. St at e Key Laborat ory of Advanced Design and M anuf act ur e fo r Vehicle Body , H unan Universit y, Changsha, 410082
# 475 #
中国机械工程第 22 卷第 4 期 2011 年 2 月下半月
的三棱柱网格, 以满足壁面函数的需求, 精确模拟汽车表面的附面层。计算域全局体网格尺寸为 512m m, 整车内外表面全局尺寸为 32mm。根据计算经验, 在流动变化剧烈区域( 如 A 柱、C 柱、翼子板等) 进行网格加密( 面网格尺寸为 16mm 或 8mm ) 。为更好地捕捉尾部的流场特性, 在车尾至尾部 1 倍距离以内体网格加密为 128mm。 2. 2 边界条件
基于冷却系统数值模型的发动机舱流动阻力特性研究 ) )) 袁志群谷正气方遒等
1 数值计算模型
汽车车速一般远低于声速, 马赫数较小, 汽车
空气动力学属于低速空气动力学范畴, 因此汽车周围流场可看作是三维不可压缩黏性等温流
场[ 1] , 由于其外形复杂容易引起分离, 所以应按湍
冷却系统阻力随风扇转速的增大而增大, 散热器阻力对风扇转速变化比较敏感; 当风扇转速一定时, 冷
却系统阻力随车速的增大而增大, 冷凝器阻力对车速变化比较敏感。汽车模型的风洞实验验证了该数
值计算方法的准确性。
关键词: 气动阻力; 发动机舱; 耦合数值计算; 内流阻力; 风扇转速; 冷却系统阻力
中图分类号: U 461. 1; U 464. 138
low , but t he div ersificat ion is not clear w hen speed o f car is high. T he drag of cooling syst em w ill be-
come bigg er w it h t he increase of speed of f an w hen t he speed of car is const ant and t he dr ag of radiato r is sensit ive t o speed of fan. T he drag of cooling sy st em w ill beco me bigger w it h t he increase of speed
nal f low fields. T he inf luence on int ernal dr ag of t he under ho od w as st udied f ully . T he r esult s show
that t he inf luence o f int ernal drag is not able on aero dynamic drag, w hich for t he w hole is about 10% . It w ill becom e bigg er w it h t he incr ease of speed o f f an. T he div er sificat ion is clear w hen speed o f car is
摘要: 以提高汽车冷却系统效率、降低气动阻力为目的, 提出一种冷却系统数值模型。对某汽车发
动机舱内外流场进行了耦合数值计算, 详细分析了发动机舱内部气流特性, 重点研究了影响发动机舱内
流阻力的关键因素。计算结果表明: 发动机舱内流阻力对气动阻力影响较大, 占整车气动阻力的 10%
左右, 且随着风扇转速的增大而增大, 当车速较低时变化明显, 车速较高时变化不明显。当车速一定时,
以上各式中其他参数定义如下:
Rk = 1 RE = 1. 2
C2 = 1. 9
C1 = max( 0. 43, G/ ( G+ 5) )
( 7)
S = 2Sij S ij
Sij = 5ui /5 xj + 5 uj /5 xi G= Sk / E
该湍流模型可用于各种不同类型的流动计算, 包括剪切流动、边界层流动以及带有分离的流动, 比较适合汽车流场的数值仿真计算。 1. 3 计算方案
5 ( Qk ) /5 t + 5 ( Qk ui ) / 5x i =
5[ ( L+ Lt / Rk) 5k /5 x j ] /5 x j + Gk - QE
( 4)
湍动耗散率 E方程
5 ( QE) /5 t + 5( QEui ) /5 x i =
5[ ( L+ Lt / RE)5 E/5 x j ] /5 x j + QC1 SE- QC 2E2/ ( k + vE) ( 5)
收稿日期: 2009 ) 12 ) 11 基金项目: 福建省教育厅 B 类科技项目 ( JB10150) ; 厦门市重大科技计划项目 ( 3502Z20100080) ; 国家自然科学基金资助项目 ( 50975083) ; 国家高技术研究发展计划 ( 863 计划) 资助项目 ( 2007A A04Z122)
Key words: aero dynamic drag; underhood; co upling numerical analቤተ መጻሕፍቲ ባይዱsis; internal drag; speed of fan; coo ling syst em darg
0 引言
对高速行驶的汽车, 降低气动阻力是空气动力学设计的准则, 也是改善燃油经济性最有效的途径之一[ 1] 。发动机舱内流阻力是整车气动阻力的主要组成部分, 占汽车总气动阻力的 10% ~ 18% [ 1-2] ; 而发动机舱的流场特性对散热性能十分重要, 它直接关系到汽车的寿命以及性能[ 3-5] 。因此对发动机舱内部流场的气动参数进行分析尤为重要。
为了准确模拟汽车行驶时发动机舱内部空气的流动情况, 采用发动机舱外部流场与内部流场耦合求解方法[ 10] , 如图 1 所示。在发动机舱进风口以及出风口位置, 软件根据发动机舱内外流动信息自动计算该处流场参数。
图 1 发动机舱流场计算方案
发动机舱内部结构十分复杂, 存在许多油、水、电管道和电缆, 目前国内外计算流体动力学 ( CFD) 水平还无法进行完全真实形状的数值计算。因此, 在保证反映发动机舱内真实流动特性的前提下, 对某前置前驱汽车发动机舱内部进行了适当简化, 主要考虑冷却系统( 包括中冷器、冷凝器和散热器) 、风扇、发动机、变速箱、离合器、副车架以及发动机舱内附件, 对流动影响较小的线束进行适当简化; 计算模型同时考虑了对整车流场影响较大的雨刮器、后视镜、门把手以及车身底部等细节。整车模型如图 2 所示。