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题目：
雅宝题库答案：
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雅宝题库解析：
精确的气动力模型是研究气动弹性力学的基础。基于线化理论的气动力求解方法适用于亚声速、超声速小攻角情形，然而这些方法不能准确描述跨声速区的非线性流动。现代计算流体力学（CFD）方法在模拟非线性题目上具有相当的优势，但是计算效率低、数据规模较为可观，工程应用受到一定限制。因此，有必要发展具有较高计算效率的非定常气动力降阶模型（ROM），该模型反映了系统的重要特征，其精度与CFD求解器相当，能集成应用于气动弹性以及气动伺服弹性（ASE）的常规分析中。本文结合国内外的研究现状以及工程应用背景，探索气动力降阶新方法及其在气动弹性学科中的应用，开展以下研究工作：（1）分别采用小波方法、Observer方法和POD-Observer方法建立并研究非定常气动力降阶模型。在小波方法中，近似一阶Volterra核的识别基于Haar尺度函数，通过求解Volterra核的各项展开系数来构建Volterra级数型ROM。本文将Observer方法从结构辨识领域拓展至空气动力学范畴。基于Deadbeat观测器提取系统Markov参数（脉冲响应采样），结合特征实现算法（ERA）使用Markov参数得到状态空间形式的气动力ROM，该模型有利于ASE综合设计。融合特征正交分解（POD）和Observer技术开展气动力降阶建模新方法研究。该方法涉及采用POD技术从全阶系统行为样本中识别流体模态，将全阶响应投影到模态矢量上，基于Observer方法利用模态响应训练数据得到有关模态系数的状态空间模型，展开模态响应即可重构流场变量。POD-Observer方法将物理空间转换到低维特征空间，自由度数量以及计算时间都大幅缩减。此外，上述的三种气动力建模方法对于训练输入都选取了光滑连续的正弦叠加信号，该信号较易施加入CFD求解器中。通过将ROM预测结果与CFD模拟值以及风洞数据进行比较，验证了本文方法的适用性和有效性。（2）将气动力ROM与结构方程耦合，构建气动弹性系统状态空间模型，采用时域推进和频域特征根求解方式评估系统稳定性。算例选取了颤振分析标准模型Isogai机翼和AGARD 445.6机翼，颤振预测结果与风洞试验数据和其他文献计算结果对比有较好的一致性。针对Isogai机翼，讨论质心、质量比等参数对颤振特性的影响。另外，关于流体/结构界面数据交换，模型训练等题目进行了相应阐述。（3）考虑马赫数、攻角以及结构非线性因素，进一步拓展上述气动弹性分析方法的适用性。气动力ROM对马赫数具有依赖性，对应新马赫数的ROM可由基础ROM通过参数插值方式获得，通过比较ROM自适应结果和CFD模拟输出验证方法的有效性。将攻角效应引入ROM中，探讨气动弹性静/动响应的一体化求解方法。从稳态刚性解出发构造ROM，初始非零广义力作为偏差加入到ROM中。计算结果表明：攻角对颤振边界产生了重要影响，有削弱系统稳定性的趋势。耦合非线性结构运动方程，应用ROM技术对带有间隙非线性的二元机翼进行跨声速气动弹性研究，分析气动和结构参数对系统非线性响应的影响。（4）基于ROM技术在Matlab/Simulink环境中，耦合结构、气动和控制环节建立降阶的ASE状态空间模型。采用线性二次调节最优控制（LQR）方法结合状态观测器设计状态反馈控制律，实现气动弹性系统的颤振主动抑制。以跨声速气动伺服弹性标准模型BACT机翼和三维带控制面的AGARD机翼为例，验证了ASE降阶模型的适用性。 |
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发表于 2022-9-1 17:50:45
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