飞行器气动稳健优化设计方法研究进展

随着对现代飞行器性能需求的不断提高,面向工程应用的先进气动外形设计方法要求能兼顾多学科高性能和稳健性,以突破传统设计方法设计的外形稳健性差、难以实现工程应用的难题。针对这一问题,飞行器气动稳健优化设计方法脱颖而出并取得了快速发展,多种高效实用的不确定量化和稳健优化方法被相继提出,成为了满足工程型号气动外形设计要求最有力的手段之一。本文以建立工程实用的高效气动稳健优化设计方法为需求,综述了飞行器气动稳健优化设计相关理论和方法的最新研究进展。首先,系统介绍了飞行器气动稳健优化设计方法的研究现状和最新进展,对不确定建模、不确定量化和稳健优化等关键技术的发展现状进行了详细介绍和讨论;然后,结合当前最受关注的工程应用问题,陈述和讨论了气动稳健优化设计方法在跨声速翼型/机翼、自然层流外形、叶栅/旋翼外形3类典型复杂气动设计问题中的应用效果和进展,同时结合多学科分析与优化设计需要,调研了气动/隐身/声爆/结构多学科稳健优化设计在工程设计问题中的最新进展和发展方向;最后,结合文献综述,讨论了飞行器气动稳健优化设计理论和方法在发展和应用上面临的难题和挑战,并展望了未来研究方向。

面向声爆/气动力的飞行器布局设计知识挖掘

声爆抑制是发展新一代超声速民机必须突破的关键技术。飞行器总体布局参数对其声爆特性有重要影响。数据挖掘(DM)可以从大量的数据中通过算法搜索隐藏的信息,是飞行器设计知识提取的有力工具。选取后掠角、展弦比、梢根比、上反角、机身长细比5个总体布局参数作为设计变量,目标函数定义为远场感知噪声级,同时计算升、阻力系数作为气动力衡量指标。基于总变差分析(ANOVA)、决策树算法、自组织映射(SOM)网络组成的数据挖掘体系提取低声爆设计知识库。获得所选设计变量与声爆/气动力的相关度,并实现对设计变量的分层与降维。后掠角有最高设计优先级,长细比、上反角重要程度次之,展弦比与梢根比为低敏感变量。对于算例中的飞行器,在合理区间内选择较大的后掠角、上反角能够使声爆最小化的同时,设计适于超声速巡航的小展弦比布局。

混合白鲸优化算法求解柔性作业车间调度问题

针对柔性作业车间调度问题(flexible job-shop scheduling problem,FJSP),提出一种混合白鲸优化算法(hybrid beluga whale optimization,HBWO)对其求解,旨在最小最大化完工时间。采用既定策略改进标准白鲸优化算法(beluga whale optimization,BWO),加快其收敛速度;基于机器选择和工序排序问题设计双层编码方案,解决FJSP离散化问题;采用主动编码及种群初始化策略,提高求解质量;基于工序的开始和结束时间确定关键路径和关键块,注重各工序时间维度;引入贪心思想至基于关键路径的混合变邻域搜索策略中,加大勘测搜索空间及减少无效搜索;此外,引入遗传算子防止算法陷入局部最优;通过35个标准算例的仿真实验与分析,证明了算法在求解FJSP问题中具有有效性。

深度学习在边界层流动稳定性分析中的应用

基于线性稳定性理论(linear stability theory,LST)的e^(N)方法是边界层转捩预测中比较可靠的方法之一。为了将传统LST特征值问题的求解过程大幅度简化和自动化,使用卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)在边界层相似性解的LST分析样本集上进行训练,针对流向和横流不稳定性,分别在自然层流翼型和无限展长后掠翼上预测扰动的当地增长率、N因子和转捩位置,结果与标准LST一致性良好;验证了CNN可以将边界层剖面速度型导数信息编码为满足伽利略不变性的标量特征,在翼型边界层中起到了表征压力梯度的作用,在后掠翼边界层中起到了表征横流强度的作用;在CNN对LST特征值预测的基础上,以LST控制方程、边界条件和平凡解惩罚项构造总损失函数来训练内嵌物理信息神经网络(physics-informed neural network,PINN),实现了在不依赖样本的情况下对LST特征函数的准确预测,结果表明PINN可以为LST的特征函数问题提供有效的建模方法。

低可探测DSI进气道几何敏感性分析

低可探测DSI进气道(蚌式进气道)设计受多个几何参数的影响,单几何参数分析难以全面反映外形对进气道性能的影响。本文采用非嵌入式多项式混沌方法对某低可探测DSI进气道开展研究,分析亚声速大攻角、最大飞行速度时,进气道性能对喉道面积、喉道位置、鼓包马赫数、鼓包前移量、唇罩前伸量、唇口前缘半径以及进气道收缩量的敏感程度,并开展了选型设计。结果表明,进气道性能对唇罩前伸量最敏感,鼓包马赫数和收缩量对亚声速大攻角下的进气道性能也有所贡献,并存在最佳的唇罩前伸量与进气道收缩量。选型设计后,进气道在亚声速大攻角时总压恢复系数提升4.6%,稳态总压畸变指数下降10.9%;在最大飞行速度时总压恢复系数提升3.1%,稳态总压畸变指数降低35.5%。合理地选择几何参数,减弱或消除进气道唇口处以及激波后的分离能够有效提升进气道性能。

严寒地区建筑给排水设计中需要注意的问题

严寒地区由于冬季气温极低,给排水管道和设备在施工时面临着冻结的风险,可能导致系统失效或损坏。因此,在严寒地区开展建筑给排水设计时,需要特别关注并采取一系列措施应对这些挑战。本文对严寒地区建筑给排水设计中需注意的问题进行了研究,并提出一些相应的创新思考,旨在从多方面对建筑给排水工程的可持续发展提供一些有价值的参考。

换流站滤波器场750 kV避雷器均压环对直流泄漏电流影响

针对祁连换流站滤波器场750 kV氧化锌避雷器第一节0.75U1mA下测量泄漏电流时,在现场停电检修条件的限制下,顶部均压环不具备拆卸条件,导致受均压环影响,空间离散电流较大,从而影响试验结果的问题,提出利用屏蔽罩消除均压环影响的方法,总结了几种常见的避雷器泄漏电流试验影响因素。

考虑强风干扰的固定翼飞行器“神经元”飞行气动建模

大气环境中的风是影响飞行器实际飞行的主要动态环境干扰因素之一,强风干扰下的复杂空气动力学是固定翼飞行器安全稳定飞行面临的严峻挑战。为提高强风干扰下固定翼飞行器的环境适应能力,发展了一种基于深度元学习的创新固定翼飞行器“神经元”飞行气动建模方法,该方法采用相对于地面坐标系的变量进行描述,根据多元函数的切比雪夫级数理论,将气动力和气动力矩函数分解为不同变量函数的乘积和,通过生成对抗网络技术构建强风干扰下飞行器空气动力模型的共性基函数模型,进而预测飞行器在飞行过程中受到的气动力(矩)。研究结果表明,文章建立的固定翼无人机空气动力共性基函数模型准确,可以较好地预测未知风况条件下飞行器的气动力与气动力矩,为实时空气动力学建模的迁移应用奠定良好基础。

基于图注意力网络的时序知识图谱人机交互模型

组织和检索信息是人机交互重点关注的话题之一。基于知识图谱(Knowledge Graph,KG)的智能问答系统通过语义解析用户问题,检索知识并回答问题,已成为一种信息检索的有效途径,是人机交互的典型应用。时序知识图谱(Temporal Knowledge Graph,TKG)问答系统通过语言模型获取问题中的实体和时间戳,并在大型TKG中检索答案。TKG问答系统包含2个挑战:①给定问题,需检索整个TKG,效率低且易受干扰项的影响;②难以捕获问题中隐含的时间词和时间顺序信息。提出一种基于图注意力网络的时间对比学习(Time Contrast Learning,TCL)模型,将源问题与替换时间词后的对比问题同时训练,使用图注意力网络更新实体邻接子图的节点特征,缩小潜在答案的检索空间。在CRONQUESTIONS数据集上进行大量实验,结果表明TCL比其他基准方法具有更好的性能,相较于最先进的基准方法在H it@1和Hits@10指标上平均提升3.44%和2.02%。

Mn、Fe掺杂V_(2)SnC陶瓷的制备与磁性研究

MAX相是一种具有独特性能的层状三元碳化物和氮化物。通过在MAX相中掺杂过渡金属,并与之形成合金,可赋予其新特性的同时保持其本征结构。研究采用无压烧结,在V_(2)SnC中掺杂Mn、Fe原子,1000℃下无压烧结3 h,合成了磁性固溶体MAX相V_(2)(Mn_(x)Sn_(1-x))C、V_(2)(Fe_(x)Sn_(1-x))C及V_(2)(Mn_(x)Fe_(x)Sn_(1-2x))C。当总掺杂量为0.4时达到最大饱和度,继续添加固溶元素,产物纯度下降。SEM-EDS结果表明掺杂并未改变其原有层状形貌。磁性测试结果表明,V_(2)(A_(x)Sn_(1-x))C(A=Mn/Fe)是一种典型低温铁磁材料。V_(2)(Mn_(x)Sn_(1-x))C的磁滞回线宽,为典型硬磁材料,矫顽力达1428 Oe;V_(2)(Fe_(x)Sn_(1-x))C则表现出较低矫顽特性,为软磁材料,且当x=0.2或x=0.4时均未表现出铁磁性,当x=0.6时,居里温度仅为42 K;V_(2)(Mn_(x)Fe_(x)Sn_(1-2x))C磁化曲线表现在居里温度为61 K时由铁磁转变为顺磁,磁滞回线表现出其具有软磁材料的特性,且磁饱和强度达到3.80 emu·g^(-1)。

超声速飞行器近场声爆信号反演技术

超声速民机是新一代民机的重要发展方向,其独有的声爆现象是制约其在陆地上空进行超声速飞行的最关键因素。对超声速飞行器的气动外形进行反设计是声爆抑制的有效途径。基于等效面积分布开展反设计,需要远场感知声压级作为直接指导。为此,提出了逆向传播分别与本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)及伴随方程结合,根据远场声爆信号反演近场声爆信号的方法。采用第二届声爆会议(SBPW)提供的LM1021标模算例,并从远场频域内声压级、响度级和感觉噪声级进行反演可信度评估。结果表明,对于给定的任意远场声爆信号,基于逆向传播结果进行POD反演及伴随方程反演,都可以得到较为准确的近场过压信号,且伴随方程反演方法具有更优的高频信号即局部激波信号反演能力,远场感知声压级更精准。反演结果相应的等效面积分布与参考值高度吻合,表明此方法能够为等效面积指导的低声爆气动优化设计提供基础。

低声爆超声速客机声爆预测及不确定度量化分析

声爆精确预测问题是制约超声速客机技术突破的关键瓶颈之一。由于大气来流条件不断发生波动存在不确定性,为得到更可靠的声爆近/远场信号,需考虑来流参数的不确定性对声爆预测结果的影响,并甄别其中影响声爆预测的关键性因素,为工程实际应用提供有价值的参考。本文基于CFD声爆近场信号模拟和增广Burgers方程的声爆远场信号预测方法,对第三届声爆预测研讨会(SBPW-3)的C608低声爆超声速飞行器开展了声爆信号特性分析。首先,采用约5021万非结构混合网格半模计算了近场过压值,并研究了远场地面波形计算的时间和空间网格收敛性。接着,分析了基准状态下复杂近场流动特征及地面波形特征,通过与C608飞行器公开数据对比,验证了该方法和自研程序的准确度。此外,研究了不同物理模型和大气相对湿度对地面波形的影响。在此基础上,运用基于非嵌入式多项式混沌(NIPC)方法开展了对不同来流参数(来流马赫数、来流攻角和单位雷诺数)的不确定度量化分析和敏感性分析。结果表明,在给定的输入变量不确定度条件下,地面波形波峰与波谷处过压值变化明显。相比而言,来流单位雷诺数对地面波形过压值的影响显著低于来流马赫数和来流攻角的影响。

强风干扰下固定翼无人机“元飞行”气动建模研究

强风干扰下的复杂空气动力学给固定翼无人机的安全稳定飞行带来了严峻挑战。为提高强风干扰下固定翼无人机的环境适应能力,发展了一种创新的“元飞行”气动建模方法。不同于传统气流系下的气动建模,“元飞行”气动建模是一种元方法论建模技术,其采用易于测量的飞行器相对于地面坐标系的运动变量进行描述,通过隔离实际飞行中难以观测到的风干扰影响,基于高阶泰勒展开多元函数变量分解理论,构建仅与无人机自身特性相关、不同风况条件下通用的固定翼无人机空气动力共性基函数解析模型,结合在线辨识的风干扰系数函数,进而实现对飞行器飞行过程中气动力(矩)的预测。研究表明文章发展的“元飞行”气动模型可以良好地预测未知风况下固定翼无人机的气动力(矩),为实时空气动力学建模的实现奠定了良好基础。

仰头推正法结合中药蜡疗治疗神经根型颈椎病的效果

目的探讨仰头推正法结合中药蜡疗治疗神经根型颈椎病的效果。方法选取2023年1月至10月赣州市中医院收治的60例神经根型颈椎病患者作为研究对象,采用信封抽签法随机分为对照组(30例)和观察组(30例)。对照组患者予以推拿治疗,观察组患者于对照组基础上实施仰头推正法结合中药蜡疗治疗,比较两组患者的临床疗效、疼痛情况、颈椎活动情况及颈椎功能。结果观察组临床疗效优于对照组,差异有统计学意义(P<0.05),且观察组治疗后视觉模拟评分法(VAS)评分高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05),颈椎左旋、右旋、前屈、后伸活动度大于对照组,颈椎功能障碍指数(NDI)评分低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论仰头推正法结合中药蜡疗治疗神经根型颈椎病疗效显著,可进一步减轻疼痛,并提升颈椎的活动度,有效改善颈椎功能,临床上可积极选用此方案。

NRAS与CTNNB1组成型活化肝癌的分子特征比较

目的分析和比较由NRAS与CTNNB1组成型活化诱导的肝癌的分子生物学特征及信号转导网络差异,并探讨潜在的治疗策略。方法利用公共数据库分析NRAS和CTNNB1在肝癌组织中的表达及其与患者预后的关系。通过尾静脉高压注射将NRasV12/myr-Akt/pCMV-SB及△N90-β-catenin/myr-Akt/pCMV-SB混合质粒分别导入小鼠,4周后获取肝癌组织,利用转录组测序及生物信息技术分析NRAS和CTNNB1组成型活化肝癌的差异基因及信号网络。NRAS相关肝癌小鼠和CTNNB1相关肝癌小鼠经饮水途径持续补充1.5g/L L-丙氨酸至90 d观察期结束,相应对照组小鼠给予正常饮水,记录小鼠生存状态、体重与肝重。结果在肝癌组织中,NRAS和CTNNB1的表达均较正常肝脏组织显著上调(均P<0.001),且NRAS和CTNNB1高表达患者的生存率均低于低表达患者(均P<0.01)。KEGG通路富集分析显示,两种癌基因的组成型活化均可调控细胞周期,但NRAS组成型活化的肝癌组织氨基酸代谢变化尤为明显。通过补充L-丙氨酸可延长NRAS组成型活化小鼠的生存时间(P<0.001),并降低肝/体重比(P<0.05);但L-丙氨酸持续补充对CTNNB1组成型活化小鼠的生存时间及肝/体重比尚无显著改善作用(均P>0.05)。结论NRAS和CTNNB1组成型活化诱导的肝癌的分子生物学特征显著不同,干预氨基酸代谢可能是NRAS相关肝癌的潜在治疗策略,但对CTNNB1相关肝癌无明显获益。

基于离散伴随方程求解梯度信息的若干问题研究

基于自主研发的大规模并行化结构化网格RANS求解器PMB3D,开展了黏性离散伴随方程构造、求解方法的研究与讨论。首先对离散伴随求解梯度的思想进行简要介绍,进一步对无黏项、人工黏性项、黏性项部分对离散伴随方程贡献以及变分推导进行了详细介绍;文中对离散伴随方程无黏项、黏性项边界条件实现形式进行了详细研究,并对关键模块变分推导的一些简化方式进行了研究讨论,通过典型宽体飞机标模、外压式超声速进气道算例,分析了所采用的简化处理方式对不同问题梯度求解精度的影响。最后在并行化求解、时间推进以及加速收敛方面进行了探讨、验证。数值模拟表明,文中采用的离散伴随方程形式更有利于程序化、模块化,梯度计算精度完全满足气动优化设计需要。

塔河油田单井注氮气采油技术现场应用

塔河油田碳酸盐岩缝洞型油藏经过多年开发后,底水锥进、油水界面抬升,剩余油主要以阁楼油形式富集。现场实践证实注氮气采油开发碳酸盐岩缝洞型油藏是可行的,能有效动用阁楼型剩余油,并且在实践中总结了注氮气采油的选井经验,建立了高效注气井分类模型,为同类碳酸盐岩缝洞型油藏开发提供了参考依据。注氮气采油技术是一种高效提高采收率的技术手段。

不孕症人群心理健康状况研究

目的了解不孕症夫妇心理健康状况,探讨不孕症的生物-心理-社会医学模式。方法采用症状自评量表(SCL-90)对不孕症夫妇进行心理状况调查。SCL-90每个项目按1～5分的五级评分,参照全国成人常模标准。数据采用SPSS15.0软件进行统计处理。结果不孕症夫妇SCL-90自评总分、总均分、阳性项目数、抑郁、焦虑、人际关系敏感、敌对、躯体化等因子分均高于全国常模(P<0.05);不孕症夫妇之间,女方总分、总均分、阳性项目数均高于男方(P=0.00),而且夫妇双方在总分、总均分、抑郁和焦虑因子得分均呈高度相关性(r>0.7,P=0.00)。结论不孕症作为生活重要负性事件,可严重影响不孕症夫妇的正常心理活动,不孕症人群的整体心理卫生状况较正常人差,尤其以抑郁、焦虑、人际关系敏感等为主要表现。不孕症夫妇女方负性情绪大于男方,并且夫妇之间的负性情感相互影响。

夫妻关系对不孕症发病的影响

目的了解不孕症发病与夫妻关系的相关程度。方法采用分层-整群抽样法,在广东省进行新婚人群生育调查。结果 18 893对夫妇评价性生活质量和夫妻关系的高低与不孕症发病差异有统计学意义(P<0.05);性生活频率与不孕症发病差异无统计学意义(P=0.159)。logistic回归分析显示,妻子对性生活质量评价欠满意组的不孕风险较高(95%CI 1.026～1.329);妻子对夫妻关系评价欠和谐组的不孕风险为和谐组的1.6倍(95%CI 1.033～2.564)。丈夫对性生活质量和夫妻关系评价高低与不孕症无显著性相关(P=0.765,0.887)。结论夫妻对性生活质量和夫妻关系的评价高,不孕症发病率低;妻子对夫妻关系评价"和睦"和性生活质量评价"满意",不孕症发生风险较低;不孕症发病与性生活频率的关系尚待探讨。

不孕症人群心理测评分析

目的:应用心理测评量表对不孕症人群进行心理状况调查分析,探讨不孕症人群心理健康状况,为不孕症的诊治提供依据。方法:对163例不孕症夫妇分别采用症状自评量表(SCL-90)结合综合医院焦虑/抑郁情绪测定表(HADS)进行心理状况测评,并进行统计分析。结果:不孕症夫妇SCL-90自评量表总分、总均分、阳性项目数、抑郁、焦虑、人际关系敏感、敌对、躯体化等因子分均高于全国常模(P<0.05);不孕症夫妇在总分、总均分、抑郁因子、焦虑因子为高度相关(r>0.7,P<0.001),并且女方总分、总均分、阳性项目数均高于男方(P<0.01)。HADS测查中焦虑和抑郁情绪得分阳性率与SCL-90相接近,两个量表的焦虑和抑郁情绪得分呈高度相关性(r>0.700,P<0.001)。结论:不孕症人群心理状况的整体水平较正常人低,不良情绪以抑郁、焦虑等为主。在不孕症诊治中,要重视不孕不育夫妇之间不良情绪的相互影响作用,并进行有效的心理干预。