非结构网格高超声速MHD流场逆风格式数值模拟

应用逆风通量分裂格式在非结构混合网格上对二维高超声速理想磁流体绕钝头体的流场进行了数值模拟。控制方程为Euler方程耦合Maxwell方程的理想MHD方程,空间离散采用AUSM格式,时间推进采用显式5步Runge-Kutta格式。引用双曲型散度清除技术加强·Ｂ＝0的条件。计算模型为二维钝头体,在高超声速来流条件下,对不同磁感应强度的均匀分布磁场干扰下的流场进行了计算,得到了较满意的结果,并与有限的参考文献进行了对比。结果表明本文发展的方法可用于高超声速MHD方程的求解。     

自适应翼型的计算和分析

计算并讨论了不同马赫数（Ma）和攻角(α）下简化的自适应翼型的舵面偏转角的规律。计算中采用代数方法生成计算网络，用有限全积法离散二维可压缩流动的Fuler方程，采用了矢通量分裂Van-leer格式离散无粘通量，用隐式的时间积分和多重网格加速收敛。用数值优化方法取得自适应翼型最优的舵面偏角，并计算其气动特性。为验证自适应翼型增益的效果，计算了双目标优化翼型的气动特性，本文计算了对称圆弧翼型和NACA65A006翼型。计算结果表明，自适应翼型比双目标优化的翼型有更好的气动特性。     

基于全隐式紧耦合算法的气动弹性数值仿真

为进行气动弹性问题的计算,提出了一种全隐式紧耦合算法,在子迭代过程中分别采用LU\|SGS隐格式和隐式线性多步法交替求解气动和结构方程,以获得物理时间域的高精度解。一种径向基函数和超限插值结合的方法被用来进行气动网格的快速变形。运用该算法,进行了Isogai wing和AGARD 445.6 wing的颤振分析,颤振边界的计算结果与文献值和实验值较符合,表明该全隐式紧耦合算法能够有效地计算气动弹性问题。
     

MoM方法分析线面结构模型RCS

用三角网格模拟金属载体表面，应用矩量法求出天线载体网格上的电流分布，据此研究在该金属载体影响下的雷达散射截面（RCS）计算。计算线面结合部分时，利用了Costa函数，减少了内存需求和计算量。数值结果证明了该方法的正确性。     

外流干扰对气动塞式喷管性能影响的数值模拟研究

本文首先对气动塞式喷管内外流干扰的机理进行了分析，在此基础上对流干扰对气动塞式喷管性能的影响进行了数值模拟研究，数值方法采用NND格式求解二维NS方程，对于不同的背压和来流马赫数条件进行量的数值实验，通过计算揭示了不同外流条件下气动塞式喷管的流动特征以及外流干扰对喷管性能的影响规律，本文的计算结果可以为气动塞式喷管的设计和性能预后提供参考。     

贴体曲线坐标系的数值生成方法

本文给出了二维场曲线坐标系的数值生成方法,该曲线坐标中的某些坐标线能与场中所有物理边界相贴合(本文称为“贴体曲线坐标系”)。不论物理边界的形状如何,利用本方法都可以使物理边界通过有限差分网格点,并在计算平面中的矩形正交网格上求解偏微分方程,而不需要在网格点之间采用内插方法。本方法已经用FORTRAN算法语言编成计算程序,并应用于简单的二维收敛-扩张喷管(单连域)和环形喷管(多连域)。这些算例表明,该FORTRAN计算程序是可行的。     

H2／O2燃烧的超声速非平衡流动的数值模拟

本文从包含组分方程的完全ＮＳ方程出发，采用ＮＮＤ格式和Ｈ２／Ｏ２燃烧模型，通过求解ＮＳ方程，模拟了具有压缩拐角的二维管道和球头两类激波点火、燃烧流动。计算清楚地给出了流场中的激波，爆震波以及各种物理量的分布，并分析了激波、爆震波及其相互之间的合。在此基础上，讨论了稀释剂添加情况对流场的影响。计算中为了解决耦合方程组的刚性，提高计算的稳定时间步长，对化学生成源项，妥善地采用了隐式处理技术。     

RBCC发动机性能分析模型改进方法研究

对已有RBCC发动机性能分析模型的改进方法进行了研究。采用最小吉布斯自由能法,建立了一次火箭燃烧室热力计算模型,并采用冻结流假设进行喷管热力计算;针对以H2O2(L)/JP-10(L)为推进剂的一次火箭进行了热力计算,并与CEA和CHEMKIN等化学热力学软件计算结果进行了对比校验,验证了所建模型计算结果的准确性。建立了采用CFD软件求解二维Euler方程的后体性能分析方法,并基于CFD软件提供的接口函数和PYTHON脚本技术设计了后体自动性能分析流程,自主实现了后体流场分析过程的几何造型、网格划分、边界定义、CFD求解器设置、CFD方程求解及性能参数计算。     

固体火箭发动机喷管温度场预示

在考虑烧蚀和炭化引起喷管内型面变化的情况下，建立了瞬态轴对称二维温度场计算模型，应用有限差分方法进行了数值求解，在此基础上进行了计算分析。     

三维热化学非平衡流动非结构网格DSMC方法及其应用

研究了过渡流域三维热化学非平衡流动DSMC方法实现的过程。以四面体非结构网格为基本单元，提出一种新型的高效搜索算法，该算法不仅可以快速跟踪模拟分子在网格之间的迁移，而且可以准确判别分子与物面是否相互作用，避免了原有算法中分子表面反射的非确定论判据。设计了适合三维DSMC方法的动态局部时间步长技术，节约了计算时间。将碰撞距离的思想引人到非结构网格上来，有效地消除了网格尺度小于三分之一平均自由程的限制。利用Fortran90的动态分配内存技术编制了适用于任意外形的通用计算程序。最后对全尺寸航天飞机高超声速绕流进行了数值试验，计算结果验证了该算法的可行性及高效性。     

非稳定导热问题有限元算法的守恒条件及一种守恒格式

本文对非稳定导热问题的有限元算法的能量守恒条件进行了讨论。认为有限元之解有时出现反常、振荡的原因是对问题时空域的离散化未能使相应格式满足能量守恒原理。依据文中的分析,提出了一种以单元边长做为集中热容阵权因子的守恒格式。验算表明,其稳定、可靠、精度较高。     

三维药柱燃面的通用积分计算法

在原通用坐标法计算燃面的基础上,提出了一种新的数值积分计算燃面的通用方法.这是一种直接计算燃面的方法。该方法消除了原通用坐标法计算结果随肉厚等份数而变动和计算固有误差的根源.计算结果与原方法、解析解做了比较,表明该方法具有较高的精度.     

GH_2/GO_2涡流冷却透明燃烧室方案设计及试验研究

涡流冷却是一种新型的推力室冷却技术,采用该技术可以简化推力室结构、降低成本,并提高系统可靠性。本文在综合国外研究成果的基础上,对涡流冷却技术进行了理论分析,设计出推力室结构,采用石英玻璃加工燃烧室圆柱段部分,并用高速摄影仪记录了燃烧室内的火焰图像。研究表明,涡流冷却透明燃烧室方案是可行的,燃烧稳定段燃烧区域占燃烧室的55%～60%。     

采用简化滤波器思想的卫星姿态确定系统故障诊断

针对星上计算机运算资源有限的问题，为了降低卫星姿态确定系统故障诊断的运算量，提出一种基于卡尔曼滤波器的故障检测与分离方法。该方法首先基于卫星姿态运动方程设计了一种加性卡尔曼滤波器，然后将卡尔曼滤波器与简化观测器思想相结合，进一步提出一种采用简化滤波器思想的姿态敏感器故障诊断律。所提出的故障诊断方法既可以实现对陀螺故障的检测与分离，又能够诊断星敏感器的故障。此外，该方法只利用一个滤波器即可实现故障检测与分离，其计算量小，有利于在轨实施。最终采用一个由三正交一斜装陀螺组件和星敏感器构成的姿态确定系统对所提出的方法进行了仿真校验，仿真结果表明了所提方法的有效性。     

高超声速混合流动的粒子模拟耦合算法

通过采用基于三维非结构网格的子网格技术,对适用于高超声速混合流动的自适应时间步长粒子模拟耦合算法(Improved Hybrid Particle Simulation Method,IHPSM)进行了改进,在保证算法计算效率的同时降低数值误差。通过对三维双曲钝锥外形的数值仿真及与DSMC(Direct Simulation Monte Carlo)计算结果的对比分析,证明改进的IHPSM算法具有较高的计算精度,且能较大幅度提高计算效率。基于改进的IHPSM算法,文中针对双曲钝锥外形进行了稀薄气体效应和飞行马赫数对高超声速流动影响规律的研究。结果表明,气体稀薄程度的增加会减缓双曲钝锥前端流场宏观物理量的变化梯度,使流场激波结构变厚;来流马赫数的增大会使激波明显增强,但对激波厚度与结构的影响较小。     

三维横向流喷与超声速主流干扰流场的数值模拟

本文对三维隅角机翼声速喷流与超声速主流的干扰流扬进行了数值模拟。三维欧拉方程的求解采用非结构网络有限体积伽辽金法（Finite Volume Galerkin Method）。引入了总体结点积分域的概念,简化了从单元矩阵到总体矩阵的汇总过程。通量的分裂采用Osher格式,通过外差使其由一阶精度上升为二阶精度。发展了一种基于线化流量的逆风非结构网格隐式有限元格式以提高求解精度及效率。最后给出了三维隅角机翼流场的算例。     

组合制导弹道导弹无依托快速发射技术研究

具有快速机动发射能力的弹道导弹是现代远程作战武器的重要标志,提出了无依托快速发射的定位、定向方案,设计了基于空中在线诸元计算的摄动制导方法,该方法具有计算量小、制导方法误差小的特点,可满足陆基机动弹道导弹或潜射弹道导弹的快速发射的要求。     

超声速进气道快速CFD数值模拟计算方案(英文)

根据进气道内部流动特征,并结合现有工程设计经验和试验结论,提出从进气道喉道段出口截面截断,简化取其超声速扩压段和喉道段与其外部流场统一构造出具有单一性态超声速流动的流场计算域,既缩减了CFD数值模拟的计算规模,又提高数值计算的收敛性。经实例计算分析表明,解算速度和效率大大提高,单个计算工况仅需时不到20 m in即可快速完成求解,并可基于数值计算模型提取出进气道捕获流量和最大总压恢复系数等全部主要性能参数,特别适合于在超声速进气道方案设计阶段用来快速进行性能评估和方案选型,有利于提高设计效率,缩短研制开发周期。     

斜切喷管性能计算

介绍了一种斜切喷管流场计算的新方法,即采用轴对称无粘流动模型,喷管喉部区域用Kliegel提出的小参数法求解,超音速段用MacCormack二步显格式空间步进求解。在流场计算的基础上,进行了斜切喷管的性能计算。     

单元表面间辐射传递系数的新型计算方法

通过对辐射能量传递过程的分解，建立辐射传递系数与角系数之间的关系，提出了一种计算具有漫反射辐射界面特性的单元表面之间辐射传递系数的新型计算方法。该方法分离了单元表面辐射特性和几何特性对辐射传递系数的影响。分别采用新方法和蒙特卡洛法计算了立方体内部单元表面之间的辐射传递系数，并且从理论上对两种计算方法的耗时性和计算精度进行了分析比较。结果表明，相对于蒙特卡洛法，该方法所需的计算时间更少，而且不随单元表面吸收率的变化而变化；在计算精度上，该方法相对于蒙特卡洛法具有更高计算精度。