一种改进型洞映射法

针对传统洞映射法存在挖洞曲面必须封闭的局限性和消耗大量内存的缺点，提出了改进型洞映射法。主要做了两点改进：1）采用“反向标记法”判别洞映射笛卡尔网格单元属性，使得挖洞曲面不再局限于封闭的情况；2）运用“矢量射线法”进一步判断洞映射笛卡尔网格边缘单元内的计算网格点属性，使得笛卡尔网格分辨率低时仍能精确挖洞。研究表明：相比于传统洞映射法，改进型洞映射法保持了很高的计算效率和精准挖洞的能力，还极大地降低了内存消耗，并且具有较强的可靠性。     

基于TDLAS的电弧风洞流场Cu组分监测

电弧风洞是进行防热材料和防热结构考核与研究的必要设备，也是高超声速地面试验能力的重要组成部分，但电弧加热器的电极烧蚀会导致较为严重的流场污染，影响试验准确性。利用可调谐二极管激光吸收光谱技术（TDLAS），通过对20 MW级片式电弧加热器内部流场中Cu原子809.25 nm跃迁谱线进行实时测量，研究了电弧风洞流场中Cu污染情况和电极烧蚀情况。在获得Cu原子该谱线低能态数密度基础上，估算了运行功率分别在7.3、8.7、10.0和11.7 MW时流场中Cu组分（原子态和离子态）总数密度平均为10.6×10¹³、11.2×10¹³、11.7×10¹³和16.4×10¹³ cm^-3，同时得到平均电极烧蚀率约为1.65×10^-5 g/C。试验还发现，TDLAS信号在高温流场建立阶段起伏变化明显，并且在功率跃变时也会出现突然增强而后迅速回落的现象，表明电弧抖动会使电极烧蚀严重加剧。     

太阳风磁帆推进性能数值研究

利用考虑行星际磁场作用的磁流体动力学模型，建立了磁帆三维数值模拟方法，对计算方法的可靠性进行了验证，发现了线圈尾部的磁重联现象，研究了太阳风来流速度、等离子体离子数密度以及攻角对磁帆推进性能的影响。得出以下结论：不同速度、不同离子数密度的太阳风主要通过改变z方向电流的大小改变洛伦兹力，进而影响磁帆的推进性能：太阳风离子数密度恒定时，随着来流速度由30 km/s逐渐增大至75 km/s,z方向电流最大值由4 205 A/m²增至14 709 A/m²，磁帆所受推力由3.39 N增至13.40 N；太阳风来流速度恒定时，随着离子数密度由1.8×10¹⁹ m^-3增大至4.5×10¹⁹ m^-3,z方向电流最大值由6 039 A/m²增至10 585 A/m²，磁帆所受推力由6.62 N增至12.27 N。磁帆攻角变化，主要通过磁场构型的变化影响磁帆推进性能：攻角为0°和90°时的磁层半径分别为0.14 m和0.18 m，...     

基于黏性涡域法的二维钝体绕流模拟

针对传统计算流体力学方法需要划分网格且计算耗时长等问题，一种确定性涡方法(黏性涡域法)逐渐发展并日臻成熟。本文利用该方法计算模拟了二维钝体的流场、气动系数及斯特劳哈尔数，并与其他成熟CFD软件计算结果对比来验证模拟精度。黏性涡域法的模拟过程为生成涡量、涡量演变及气动计算。文章首先推导了该方法各过程的基本方程，然后基于Lua语言编制了圆柱和方柱绕流计算程序，最后利用Gnuplot实现流场可视化。利用黏性涡域法模拟不同雷诺数下圆柱绕流、不同无量纲频率和无量纲振幅的振动圆柱气动力时程、不同风向角下的方柱绕流，结果表明：雷诺数为2×10²～1×10⁵时，基于黏性涡域法的圆柱绕流气动计算结果与其他方法的计算结果基本一致；基于该方法的不同风向角下方柱绕流气动计算结果与其他文献结果趋势相同。     

结冰模拟软件AERO-ICE中的关键数值方法

自然积冰对于航空飞行安全造成重大隐患,飞机在穿越富含过冷水汽的云层时冰形将按一定的物理规律积聚生长。介绍了一款三维结冰数值模拟软件AERO-ICE,该软件由网格自动生成、空气流场RANS计算、水滴场欧拉方法计算、结冰热力学分析四个模块组成。在空气流场计算方面,采用SPF k-v²-ω湍流模型,该模型引入湍流非平衡特性修正,预测的带冰翼型最大升力系数和失速攻角相对SA和SST模型有显著的提高。水滴场欧拉方程由于源项较大,迭代求解时容易发散,AERO-ICE软件采用流场光顺、二阶MUSCL空间离散以及LU-SGS隐式时间推进方法改善了数值稳定性。在结冰热力学分析模块,AERO-ICE软件同时具有Messinger与Myers模型,并将Messinger模型预估的壁面温度作为Myers模型的边界条件,从而解决了Myers模型温度设置的经验性问题。AERO-ICE软件支持多块网格、多重网格加速技术与大规模并行计算,其冰形计算结果得到了初步的验证。     

基于SPH的无网格点快速生成算法及翼型绕流研究

提出了一套基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法的高效无网格点生成算法。首先，采用Catmull-Rom三次样条对边界曲线进行参数化建模，由笛卡尔点生成背景节点系统并通过改进加速射线法判断背景节点位置。然后，对复杂二维固体边界和二维圆柱入水两个算例分别进行布点测试，结果表明所提算法能够大幅度减少射线法的判断次数，极大提升了离散布点的计算效率。最后，针对Re=10³时的NACA0012翼型绕流问题，通过所提布点算法对其离散布点后，进一步采用SPH方法进行了数值模拟和气动特性分析。仿真结果表明，计算结果与文献结果吻合较好，进一步验证了布点算法的合理性和有效性。     

战斗机垂尾脉动压力数值模拟

在亚跨超计算流体力学（CFD）软件平台（TRIP）上开发了基于RANS/LES混合思路的IDDES流动模拟技术,并通过NACA0021翼型60°大迎角分离流动与串列圆柱绕流模拟对RANS/LES混合方法的精确度进行了验证,针对某战斗机外形的垂尾脉动压力开展了数值模拟研究。战斗机来流马赫数为0.1,基于全机长度的雷诺数为2×10⁶,模型迎角为20°、30°和40°。分别通过脉动压力系数、脉动压力功率谱密度、空间流动结构以及侧向力响应曲线等对战斗机的垂尾脉动压力进行了分析。脉动压力模拟结果表明：当垂尾完全沉浸在边条翼脱体涡破碎后的宽频湍流脉动气流中时,垂尾翼梢位置的脉动压力会发生明显的增大。     

基于功率复用的椭圆球面波函数非正交调制方法

围绕如何降低基于椭圆球面波函数的非正交调制（PSWF-NPSM）系统误码率，降低信号检测复杂度，引入调制信号功率复用思想，提出基于功率复用的椭圆球面波函数非正交调制（PD-PSWF-NPSM）方法。该方法对载波信号按子波带进行功率分配，增加了调制信号最小欧式距离，降低了系统误码率；在接收端，提出基于检测统计量的串行干扰相消信号检测方法，依据不同支路信号间功率差异，对信号进行分离、检测。理论与仿真分析表明，该方法在不降低系统频带利用率、调制信号功率谱、峰均功率比特性前提下，能够有效提高系统误码性能，降低调制信号检测复杂度；与原非正交调制方法相比，当误比特率（BER）为10^-5时，所提方法系统误码性能提升约1.7 dB。