基于非结构网格的燃气流场算法程序实现及应用

利用有限体积法对非结构网格下的瞬态Euler方程进行离散,自主开发了基于密度基算法的流场计算程序,并在非结构网格下使用满足TVD(Total Variation Diminishing)性质的二阶格式得到界面上的变量值。采用Roe-FDS和AUSM+(Advection Upstream Splitting Method+)迎风格式进行通量计算,并通过二维Sod管、前台阶激波反射算例验证了算法的可靠性。将算法推广至三维,并对冷态和热态空气自由喷流进行了计算,得到轴线马赫数分布曲线,对比得到不同格式的计算结果。结果表明,结合二阶格式的AUSM+算法在推广至三维非结构网格后耗散仍大于商业软件结果,但二阶Roe算法的结果耗散小于商业软件计算。     

混合室对零二次流环形超声速引射器性能的影响

采用二维轴对称雷诺平均方程和Spalart-Allmaras湍流模型,研究了不同混合室结构对零二次流环型超声速引射器的流场结构、盲腔真空度和引射器出口总压力等性能的影响,较好地模拟了引射器内由激波、边界层干扰诱导的复杂流场特性.结果表明,在收敛混合室前端增加适当长度的平直段可大大提高零二次流环型超声速引射器的性能.     

基于混合燃料的旋转爆震发动机燃烧室冷态流场研究

为研究基于混合气体燃料的旋转爆震发动机燃烧室内流场特性,对混合气体燃料(H2+C2H4+C2H2)与空气在燃烧室内掺混的冷态流场进行了三维数值仿真研究。根据数值仿真结果,系统地描述了燃烧室内混合气体的流动特性,对比分析了不同喷注结构(燃料喷注深度、空气喷注环缝宽度)及不同的气体质量流率等因素对三维冷态流场及掺混的影响,并用掺混不均匀度定量评价了混合气体燃料与空气掺混的程度。研究结果表明,在文中给定的计算参数条件下,随着空气环缝宽度的增大,掺混效果能够得到一定提升;随着燃料喷注深度的增大,掺混效果有所下降;随着空气及燃料的质量流率的增大,燃烧室头部掺混效果略有下降,在中部掺混效果得到提升。     

基于CPU+GPU异构并行的QPSK开环解调方法研究

以平方率前向定时算法和M&M频偏估计算法为基础,研究适用于CPU+GPU异构并行平台的QPSK开环解调方法,并对数据分块长度和异构并行效率进行分析和验证,通过理论推导和Matlab仿真,得出在频偏范围内最佳的数据分块长度,最终分别在只用CPU和采用CPU+GPU异构的两种架构下,对QPSK信号开环并行解调。实验结果证明,数据点数较多时,CPU+GPU异构并行解调效率明显提升。     

超声速透气降落伞系统的气动干扰数值模拟研究

盘–缝–带伞是目前主流的火星用超声速降落伞,然而由于其阻力性能的限制,新一代的火星探测任务已经开始考虑采用环帆伞来获得足够的阻力性能。同时,在超声速条件下,由于稳定性的需要,透气性对降落伞系统减速性能的影响研究日益受到重视。文章基于计算流体力学方法对不同孔隙率的降落伞系统模型进行数值模拟,旨在分析开缝位置及孔隙率对环帆伞气动性能的影响机理。结果表明:在马赫数为2的大拖拽距离比条件下,无缝环帆伞系统流场与盘–缝–带伞有较大区别,主要表现在伞前激波的形成过程及前体尾流和伞前激波的作用阶段上。此外,开缝产生的孔隙率对环帆伞的减速性能有较大影响。开缝伞形的阻力性能劣于无缝伞形,但稳定性能显著高于无缝伞形。而前缝伞形的稳定性能及阻力性能均优于后缝伞形。该结果对超声速降落伞的伞型结构透气性参数设计有一定的参考价值。     

基于解耦算法的化学非平衡流并行数值模拟

化学非平衡流的数值模拟需要求解化学反应源项,而详细化学反应机理中各个基元反应的时间尺度相差显著,因而导致空间离散后形成刚性常微分方程组,其求解计算量巨大。为此,在非结构有限体积法化学非平衡流解耦算法的基础上,进一步采用基于MPI的并行计算实现大规模化学非平衡流数值模拟的加速,从而为进一步求解复杂的工程应用建立条件。由于基于解耦算法的求解器中计算量最大的化学反应源项求解是基于各个单元格心变量实现,每个时间步求解时不需要进行交互,因此便于实现分区并行计算。经典的激波诱导振荡燃烧算例的数值模拟表明,开发的并行求解器具有较高的计算精度和良好的计算效率,并且由于其较低的内存需求,具备进一步开发图形处理器(GPU)计算能力的基础。     

超声速内流场横向喷流的流动与混合特性实验研究

为研究超声速内流场中横向喷流的流动与混合特性,将丙酮蒸汽加入喷流介质,用平面激光诱导荧光(PLIF)技术对流场中流向中心截面和横截面上的丙酮进行成像,研究了喷流的运动轨迹、流场结构、混合方式,以及参数对喷流流动与混合的影响。结果表明:喷流柱的波动失稳及喷流剪切层中生成的大尺度结构有助于增强喷流与主流在近场的混合;提高出口马赫数会导致剪切层失稳以及出现大尺度结构的位置移向下游,不利于改善近场的混合;增大喷口直径能增加喷流在展向的扩展,升高喷流总压能增加喷流在展向和横向的扩展,并使出现大尺度结构的位置靠近上游;在喷注流量相同条件下,采用小喷注面积高总压喷注更利于增强混合。     

超声速气流中液体横向射流的气液相互作用过程数值研究

采用Euler-Lagrange方法对来流马赫数为1.94的超声速气流中液体横向射流的气液相互作用过程进行数值研究。计算给出的射流穿透深度、液滴Sauter平均直径(SMD)及液滴速度分布均与实验吻合较好。仿真结果较详细地揭示液体射流喷雾与气流之间的强烈相互作用过程。受液雾影响,射流前形成较强激波,气流依次经过激波及液雾区域,气流速度存在两次下降过程。计算结果揭示,超声速来流可以与射流的液滴轨迹相交,气流经液雾前沿进入液雾区域后,流向往壁面偏折。本文首次发现并提出,由于气液相互作用诱导形成两组反向反转漩涡对,这对于理解两相混合过程具有重要意义。气液相对滑移速度的分析表明,液滴在穿透自由来流并开始转向时受气流作用最为显著,完成转向后气液相互作用逐渐减弱。     

基于iSIGHT平台的并行子空间算法研究

概述了并行子空间算法的两种计算框架。即基于学科级优化的并行子空间算法和基于试验设计的并行子空间算法，在对比两种算法框架特点的基础上，分析了基于试验设计法的并行子空间算法的工程实用性，最后结合算例在iSIGHT软件中完成了集成优化分析。     

导弹及其流场对红外导引系统干扰的数值研究

研究导弹高速飞行时,头部弹体材料和激波层流场由于气动加热产生的辐照在红外制导导引系统产生的干扰情况。根据导弹头部结构划分流场区域网格,确定辐照区网格,将导引系统第一镜网格化,确定相互间的空间关系,研究一种把气动流场的信息发送给在同一位置空间里辐照区的搜寻插值方法,建立导弹头部弹体材料和流场气体对导引系统的辐照干扰分布模型,并考虑导引系统的次镜向第一镜的屏蔽效果。计算结果是它们对第一镜的辐照干扰值的分布都是围绕导引系统第一镜中央呈圆环分布,第一镜的中央处辐照干扰最弱,沿半径方向逐渐增大到与次镜大小相等后,再沿半径方向减小。     

基于MPI的柔性多体系统动力学并行计算

研究解决多体系统动力学仿真计算中串行计算速度比较慢的问题。现将MPI（Message Parallel Interface）并行计算环境引入柔性多体系统动力学仿真软件cADAMB（computer Aided Dynamic Analysis of Multi Body）,对其中的单向递推组集建模方法进行了并行化改造,并给出了加速比和各进程效率的估计。结果显示该并行算法能大幅度提高仿真计算的速度。     

三维非结构网格DSMC并行算法及应用研究

基于PC-CLUSTER机群并行体系结构与消息传递库MPI并行环境,研究了三维非结构网格DSMC并行算法。提出一类基于结构背景网格上的非结构网格动态分区策略,保证各子区域的分子数量大致相等,实现计算进程间的动态负载平衡。利用MPI库函数构造了两类符合DSMC并行原理的通讯法:单步通讯法与多步通讯法。采用单控制多数据流(SPMD)以及Master/Slave并行模式,设计了三维非结构网格DSMC整体并行算法。给出了跟踪模拟分子在四面体网格间迁移运动的详细计算过程。最后对全尺寸航天飞机高超声速绕流进行了并行模拟,验证并行算法的有效性。     

基于SWOT卫星数据的海浪谱反演研究

SWOT（Surface Water and Ocean Topography,地表水和海洋地形）卫星是新一代海洋观测卫星,其采用了小入射角下的合成孔径雷达（SAR）观测体制,为海浪探测提供了一种新的手段。本研究在前人SAR海浪谱反演研究的基础上,针对SWOT卫星数据开展了海浪谱反演算法的适用性研究,讨论了风速、风向、主波波向对海浪谱反演的影响。利用欧洲中期天气预报中心（ECMWF,European Center for Medium-range Weather Forecasts）的ERA5（第五代再分析数据集）对反演的有效波高进行了验证。结果表明：在风速为7 m/s~9 m/s、9 m/s~11 m/s、>11 m/s时,反演的有效波高均方根误差（RMSE）分别为0.30 m、0.19 m、0.64 m,散度指数（SI）分别为16.74%、7.03%、19.61%,可以证明SWOT卫星作为小入射角SAR具有反演海浪谱与海浪参数的潜力。     

航天用电连接器的可靠性研究

电连接器的质量和可靠性直接关系到卫星、飞船、导弹等重点型号产品的成败。电连接器的设计、生产制造工艺、检测、选型、贮存和使用等环节都存在着影响质量和可靠性的因素。较详细地分析了影响航天用电连器可靠性的各种因素、并探讨了提高可靠性的主要途径。     

航天器舱体热密封结构多物理场耦合数值分析方法研究

综合考虑航天器舱体外围高超声速流动、密封带及舱体结构传热以及密封结构内部的空腔流动传热,提出航天器高温热密封结构的瞬态多物理场耦合分析方法。利用改进型Van Driest变换方法进行高超声速流动环境预测,基于高斯－赛德尔分块迭代耦合方法完成一体化耦合计算方法。采用包含不同材料结构部件的复合结构,计算了0～200 s内有无密封塞两种情况下的各部分结构的瞬态热传导过程。结果表明,密封塞的使用可显著降低空腔内的最高温度,瞬态变化情况的考虑更加准确地反映了各部分结构部件及内部空腔的温度变化情况。该文的计算方法可广泛应用于航天器热密封结构的传热特性分析,可为火箭等航天器上的高温密封部件设计提供有效的数值分析工具。     

采用串列静电加速器进行单粒子效应模拟试验研究

本文描述了采用ＨＩ－１３串列静电加速器进行单粒子效应模拟试验的试验系数、试验方法和试验条件,给出了８０Ｃ３１单片机单粒子效应模拟试验结果;根据试验结果,采用ＣＲＥＭＥ程序对８０Ｃ３１单片机在三类不同轨道卫星上的单粒子翻转率进行了预计。     

基于MPI的卫星遥感数据实时处理平台设计

针对高速率卫星遥感数据实时处理的要求,设计了一种卫星遥感数据实时处理平台。该平台采用分层设计思想,自上而下分为表现与控制层、业务处理层、基础服务层和应用支持层。结合消息传递接口(MPI)技术,构建了分布式实时并行处理平台框架。原型系统验证结果表明,该平台能处理下传码速率达450Mbit/s的双通道数据,单通道处理速率高达6Gbit/s。文章提出的平台设计应用于遥感卫星的地面检测系统,具有处理速度快、运行稳定的优点。     

一种改进的时分多目标干扰技术原理及实现

时分多目标干扰技术是目前国内外最常用的多目标干扰技术 ,其主要缺陷是对邻近信道干扰大。提出了一种改进的时分多目标干扰技术 ,阐述了其原理并给出了具体实现框图。