简介：在微流控系统中,稳定、可控的柔性气-液界面可实现声流体颗粒富集、微纳操作、快速气-液反应等各种实际物理和生化应用.微流道内气-液界面的抗流体剪切能力对于增强微尺度下气-液界面的可控性具有十分重要的意义.为此,文章研究了具有高稳定性、高可控性、可阵列化的微尺度驻停气泡现象.利用嵌入局部裂隙的微流道以及与之平行的气体流道,可对驻停气泡的生成和形态进行有效调节,并利用其可控的气-液界面实现多种功能化应用.在此基础上,文章进一步研究柔性可控气-液界面的抗流体剪切能力,对形态变化中的气-液界面受力进行分析,利用仿真和实验手段研究不同状态下气-液界面的形状特征,研究不同的液体驱动压力、裂隙尺寸以及裂隙形状对气-液界面抗剪切能力的影响,并将界面的曲率半径作为气泡驻留与否的判定依据.文章对驻停气泡柔性气-液界面抗流体剪切能力的研究有助于优化其控制方法,增强其控制稳定性并拓展其潜在应用场合.

简介：文章通过对EFM（effectivefieldmodeling）模型进行简化,消除了原模型的非守恒性项和非双曲性特性项,发展了一种基于密度的气液两相流模拟方法：ρ-VOF方法.利用体积分数信息对控制单元内的自由界面进行重构,得到了控制单元内流体的空间分布,并采用AUSM^＋-up格式获得考虑气液流体接触间断信息的对流通量.新方法可统一处理激波间断和接触间断的相互作用,保持自由界面的尖锐性,并且其计算量与自由界面的空间复杂度无关.最后,数值模拟了液体激波管气液激波管和气体激波跨二维液滴传播等问题,并与文献结果进行对比,验证了本方法在气液两相流模拟中的准确性.

简介：针对液滴破碎问题,获得并揭示两相界面演化特征机理.采用数值模拟方法,观察了超声速条件下的液滴气动破碎初期的界面不稳定性.基于数值模拟结果和线性稳定性理论,综合分析表明,Rayleigh-Taylor不稳定性和Kelvin-Helmholtz不稳定性均对源于驻点和外环之间中段附近处的主导扰动产生作用.保持其他流动特性不变,降低K-H不稳定性的影响,对数值模拟进行了专门改进,进一步验证了前述结论.

简介：流体力学界面不稳定性及其后期的界面混合现象,是一种十分复杂的多尺度非线性物理问题,在惯性约束聚变、天体物理以及水中爆炸等领域有着广泛的应用前景,对该问题的研究不仅具有很高的学术价值,而且对促进相关领域的发展具有重要意义.中国工程物理研究院流体物理研究所基于Euler有限体积方法,发展了适用于可压缩多介质黏性流动具有多亚格子尺度模型的大涡模拟程序MVFT,并评估分析了不同亚格子尺度模型对界面不稳定性及界面混合的模拟能力;提出了流场非均匀性对R-M不稳定性影响的问题,并在激波驱动轻重气体双模扰动R-M界面不稳定性实验中成功应用并解读了新的实验现象和规律,在此基础上进而开展了反射激波作用下两种初始非均匀流场界面不稳定性引起的界面混合数值模拟研究,探讨了流场非均匀性对激波反射后强非线性阶段界面不稳定性发展、演化规律的影响,近期还对非均匀流场R-M不稳定性的演化规律、初始流场非均匀性和初始扰动效应及其影响的物理机制进行了分析和研究.

简介：实验研究复杂波形结构引起平面界面变形和反射激波冲击下的R-M不稳定性的问题.在竖直激波管中生成稳定的N2/SF6平面界面,激波在圆柱绕射后,冲击平面界面,由此研究复杂激波引起的界面变形.平面激波在圆柱绕射后的流场,演化成具有初始入射波、三波点、弯曲反射波、Mach波和Mach反射产生的滑移线等复杂结构.研究复杂结构激波对界面的作用,对认识界面扰动的生成具有较大帮助.绕柱激波冲击后,平面界面仅在两对滑移线内部发生变形.绕柱激波冲击界面后,两对滑移线将界面分成＂内界面＂和＂外界面＂,界面变形形态同滑移线和界面相交位置相关.反射激波二次冲击下,界面扰动的增长与Jacobs-Sheeley涡量模型较吻合.

简介：为了更好地理解不同空间坐标系下流体界面对Rayleigh—Taylor（RT）不稳定性弱非线性阶段谐波的影响，文章采用3阶小扰动展开法，解析研究了球坐标空间经典RT不稳定性弱非线性阶段谐波的演化规律，并和柱坐标空间以及直角坐标空间相应结果进行了对比研究．当球坐标系和直角坐标系中RT不稳定性界面扰动波长相同，球坐标系中初始扰动半径为无穷大时（即球坐标下RT不稳定性初始扰动半径相对于扰动波长为无穷大时），球坐标下RT不稳定性前4次谐波的结果和直角坐标系下的相应结果相同．研究表明：由初始界面曲率引起的Bell-Plesset（BP）效应和空间效应（直角坐标空间、柱坐标空间和球坐标空间）对谐波发展有较大的影响．即在不同正交曲线坐标系下，不同曲率的流体界面效应对RT不稳定性谐波发展有较大的影响．对于柱坐标空间和球坐标空间，2阶对0次谐波的反馈加强了界面向内收缩．研究还表明：界面效应增加了2次谐波的负反馈，然而，对于基模和3次谐波却有不同的影响．

简介：采用低耗散WENO（weightedessentialnon-oscillatory）格式及锐界面方法模拟可压缩Kelvin-Helmholtz不稳定性问题.由于物质界面被描述成一种接触间断,该方法可精确求解切向速度间断.基于优化模板对原始光滑指标进行正规化后,得到一种低耗散WENO格式.修正后的方法显著降低了普通流动区域的过衰减问题,保持了良好的激波捕捉性能,并可获得与混合格式相当的求解精度.不同于以往求解单一流体或易混界面时,通过初始设定有限宽度的剪切层或快速数值耗散以抑制高波数模态,该方法允许高波数扰动的发展.计算结果表明,高波数扰动展现出与以往理想Kelvin-Helmholtz不稳定性问题数值模拟或线化理论结果不同的特征,但与有限厚度的剪切层结果相符.

简介：

简介：为实现无人机高精度高可靠性导航,提出了一种以捷联惯性导航系统（SINS）为主,以地形辅助导航（TAN）、大气数据系统（ADS）及电子磁罗盘（MCP）为辅的组合导航方式。通过分析SINS、TAN、ADS及MCP单一系统的工作原理及输出误差模型,构建了SINS/TAN、SINS/ADS及SINS/MCP系统的状态方程及观测方程,最后采用联邦卡尔曼滤波方式实现了对各组合系统的信息融合。仿真数据对比表明：SINS/TAN系统位置误差较小,但航向误差较大;SINS/ADS系统速度误差较小且比较稳定,但位置误差随时间发散;SINS/MCP系统航向误差方差可达0.3783’,但其位置和速度估计精度不理想;而SINS/TAN/ADS/MCP系统能够克服上述不足,实现所有导航参数误差估计的高精度。

简介：在时变通信延迟下研究了无人机群编队的鲁棒自适应控制问题。对于无人机编队系统中存在外部扰动和模型不确定性的情况,通过选取包含位置跟踪误差和速度跟踪误差的辅助变量,提出了一种适用于时变通信延迟的鲁棒自适应编队控制策略。提出了自适应律对无人机质量、外界扰动的上界等未知参数进行估计,并且利用Lyapunov稳定性理论分析了闭环系统的渐近稳定性,给出了系统渐近稳定所需要满足的条件。数值仿真结果表明,所提出的控制方法既能抑制外界扰动和模型不确定性对控制器的影响,同时队形跟踪和队形保持的稳态误差分别小于0.1m和0.05m。

简介：针对四旋翼无人机鲁棒自适应飞行问题,提出了一种基于指数收敛的控制方法。考虑到四旋翼系统的欠驱动、强耦合等非线性特性,采用线性化反馈控制策略实现对其轨迹追踪飞行能力的基本控制;针对线性化反馈控制易受系统内外部未知干扰等影响,采用基于指数收敛干扰观测器组合控制设计,实现四旋翼飞行的鲁棒与自适应控制;线性反馈及状态观测器控制系统基于指数收敛稳定。进行了仿真分析,结果表明,干扰观测器对四旋翼系统中存在的未知干扰具有很好的估计能力,所设计的基于指数收敛控制系统,结构简单,且具有较强的干扰抑制能力和较高的系统稳定性,满足四旋翼无人机的鲁棒及自适应飞行能力要求。

简介：针对一种低空大展弦比无人机,文章进行全机和翼梢磁梯度测量探头数值模拟.全机计算给出翼梢磁梯度测量探头对全机气动特性和操稳特性的影响;翼梢磁梯度测量探头计算实现了气动外形优化设计,在保持全机操稳特性的前提下,最大程度地减小全机气动阻力增量.结果表明,磁梯度测量探头对全机气动阻力增量在9%之内,俯仰力矩变化在5%之内,对全机操稳特性的影响不大,气动外形优化设计基本满足该低空大展弦比无人机的安全飞行技术要求.

简介：针对四旋翼无人机轨迹追踪问题,提出了一种基于扩张状态观测器的鲁棒滑模控制方法。考虑无人机系统受到内外部扰动、线速度未知等不确定性影响,通过引入扩张状态观测器,对系统不确定因素进行实时估计并给予补偿,实现了系统对扰动的鲁棒性和对环境的高度适应性。同时,滑模控制通过引入切换函数来消除干扰及不确定项,但较大的切换增益会引起系统颤振,因此,干扰和不确定项是颤振的主要来源,利用扩张状态观测器来估计干扰及不确定项并加以补偿,消除了颤振。利用Lyapunov理论,证明了控制系统的稳定性。系统仿真实验结果表明,所提出的控制方法能够保证四旋翼无人机轨迹追踪的鲁棒性,旋翼转速最大跳变幅值降低86.4%-94.5%,提高了系统稳定性。