基于副热带高压异常活动个例的动力模型重构与变异特性剖析

针对1998年夏季造成我国严重洪涝灾害的副热带高压异常活动,基于动力系统重构思想和遗传算法,从1998年观测资料时间序列中反演重构了副热带高压活动的非线性动力模型,并结合天气实况进行了副热带高压活动变异的动力特性分析。结果表明,针对副热带高压异常个例实际观测资料反演重构的副热带高压活动的非线性动力模型,可客观描述副热带高压活动(特别是异常活动)特征并予以合理的机理解释。进一步的分析讨论表明,随着强迫参数的逐渐增加,副热带高压动力系统将会发生平衡态的分岔、突变,平衡态的上述变化与实际天气过程中的副热带高压北跳、南落以及副热带高压双脊线现象有很好的对应关联,并可对其进行合理的机理解释,进而为副热带高压等难以准确构建解析模型的复杂天气系统的机理分析和动力特性讨论提供参考。

基于遗传算法优化的ENSO指数的动力预报模型反演

基于NCEP/NCAR提供的1958-1995年全球月平均海温距平场再分析资料,采用动力系统反演思想和遗传算法途径,进行了El Nino/La Nina指数的动力预报模型的参数优化和模型反演,从上述海温资料中重构了Nino3海温距平指数的非线性动力模型.模型预报试验结果表明,遗传算法具有的全局搜索和并行计算优势能够客观、有效地反演海温指数的动力预报模型,对Nino3海温指数和El Nino/La Nina事件进行较为客观准确的预测,为El Nino/La Nina预测提供有益的研究参考.

一种基于改进自忆性原理的西太平洋副热带高压脊线指数动力-统计模型及其预报实验

针对西太平洋副热带高压中长期预报不准确的问题,基于动力系统反演思想和改进自忆性原理等途径建立了副高脊线指数的动力预报模型.本文创新性地引入了最大李雅普诺夫指数改进了传统的自忆性函数,使其对副热带高压之类的混沌非线性系统更加具有针对性,较好地克服了预报初值单一性问题;并根据实际观测资料重构的动力系统作为其动力核,克服了传统自忆性方程动力核设置较为简单的问题.用建立的副热带高压脊线指数动力预报模型实现了副高南北位置的中长期预报,通过了副高异常年份和正常年份的多次实验,可以发现模型在25天以内的预报效果很好,相关系数能达到0.80左右,相对误差控制在8%以下,证明了改进的模型具有较好的中长期预报效果.另外还将此模型推广到对副热带高压的面积指数和西脊点指数的预报,也取得了较好的预报效果,证明此方法适合于副热带高压的整体预报.鉴于西太副高发生发展机理的复杂性和预报的困难性,本文为副高等复杂天气系统的预报探索了新的方法思路.

基于CFD的地面颤振模拟试验非定常气动力重构方法研究

为满足地面颤振模拟试验中气动力计算的实时性以及插值点数量要求,提出一种基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)的非定常气动力重构方法。首先,通过模态激励的方式建立广义坐标下的气动力降阶模型(reduced order model,ROM),提高气动力计算效率;然后,利用提出的物理坐标与广义坐标物理量的转换关系将模型转换至物理坐标下,并基于优化算法对插值点进行缩聚处理;最终,采用标准模型AGARD445.6对建立的非定常气动力进行仿真。分析结果表明,基于重构的气动力模型获得的颤振边界与计算流体力学/计算固体力学(computational fluid dynamic/computational solid dynamic,CFD/CSD)直接耦合及风洞试验结果吻合较好,证实了该方案的可行性。

基于亚临界响应的非定常气动力重构方法

针对颤振分析中非定常气动力计算精度不高问题,本文建立一种基于机翼亚临界响应的非定常气动力重构方法,首先采用计算流体力学(CFD)和计算结构力学(CSD)耦合的方式进行结构气动弹性响应分析.在结构亚临界状态下,获得机翼结构的亚临界响应,利用坐标变化解算出模态位移响应,同时提取结构气动力并进行广义气动力计算,然后通过系统辨识方式利用广义位移输入和广义气动力输出建立非定常气动力重构模型,最终通过建立的非定常气动力模型与结构模型联合仿真验证建立的非定常气动力模型精度。该方法只需要一次亚临界响应,方法精度较高且较传统颤振预测方法更安全与便捷,同时该方法也可推广至风洞试验和飞行试验中。

高超声速飞行器地面颤振评估技术研究

针对高超声速飞行器飞行过程中颤振边界变动范围大、试验测试难的问题,本文开展了考虑气动热效应的翼面结构地面颤振试验技术研究。首先基于工程法对结构所受的气动加热进行了分析,在此基础上开展了结构的热颤振特性评估并作为地面颤振试验结果的参考标准。考虑实际飞行中结构温升效应影响,建立了基于多工况点的气动力综合优化降阶算法,确保了整个温升过程的气动力模拟的精度。通过建立基于模糊逻辑比例、积分和微分(Proportional integral derivative,PID)控制的多点协调控制系统,实现了温升过程中时变系统的激振力控制器设计。最终搭建了地面颤振试验系统,按照典型飞行状态对结构的热颤振特性进行了测试,试验测试结果与仿真结果对比相对误差约10%。