单端开口复杂终端腔体RCS算法研究

在对比分析常用腔体散射的研究方法优缺点基础上,分析了腔体散射具有散射强度高、散射角度宽、高频散射等特征,亟待解决对电大尺寸复杂终端腔体的精确数学模型处理及计算精度问题。基于以矩量法(MOM)为基础的三维电磁分析软件FEKO,分别采用低频数值算法、高频近似算法开展了对文献单端开口复杂终端模型的雷达截面积(RCS)对比计算研究,得出在综合考虑计算精度、效率时,由矩量法改进而来的多层快速多极子法(MLFMM)在电大尺寸复杂终端腔体电磁散射特性研究中具有较大优势。     

基于HDCS-E8T7格式的气动噪声数值模拟方法研究进展

发展了气动噪声高精度数值模拟方法,空间导数离散采用了HDCS-E8T7格式及精度与之匹配的边界格式,时间离散方法采用了高精度多步龙格库塔方法和高精度隐式双时间步方法,发展了高精度对接边界算法,将方法推广至多块对接网格以满足解决复杂几何构型问题的需要,采用隐式大涡的概念处理可能出现的湍流问题。在此基础上,研究了几何守恒律对计算结果的影响,展示了复杂网格中高精度计算满足几何守恒律的重要性,完成了等熵涡、双圆柱散射、串列柱翼构型和喷嘴射流等典型噪声问题的求解,所得计算结果展示了所发展的模拟方法具有良好的预测精度和解决复杂构型气动噪声问题的潜力。     

球面收敛调节片喷管RCS数值模拟研究

结合物理光学迭代法(IPO)和等效棱边电磁流法(EEC),自主开发了电大尺寸腔体电磁散射特性计算程序,并通过对某试验模型雷达散射截面积(RCS)进行计算,完成了程序的可靠性验证。利用该程序对带有电磁信号遮挡板且采用3种不同尾缘修形技术的球面收敛调节片矢量喷管(SCFN)进行了RCS数值模拟研究。结果表明:随着入射方位角的增大,喷管的RCS整体上有减小的趋势;喷管尾缘的修形只有在雷达波以较大方位角入射时对减小RCS效果明显;电磁信号遮挡板的存在很大程度上减弱了喷管的电磁信号特征。     

基于部分正交多项式的飞行器RCS计算代理模型研究

对于电大尺寸目标,利用目前的电磁散射特性数值计算方法来计算其RCS时,计算复杂度较高,无法有效地应用于优化设计。因此研究并构造了基于部分正交多项式的飞行器RCS计算代理模型。算例表明所构造的代理模型精度满足工程设计要求。     

CFD技术在目标电磁特性计算中的应用

电磁学中麦克斯韦方程组和流体力学中无粘流动欧拉方程一样,都是具有实特征值的双曲型偏微分方程组,相同的数学特性使得计算流体力学(CFD)技术能够在计算电磁学(CEM)中得以应用。采用MUSCL格式结合Steger-Warming分裂计算电磁通量,采用4阶Runge-Kutta法计算非定常时间推进,借鉴CFD方法计算电磁场边界条件;采用时域有限体积法(FVTD)数值模拟宽带脉冲波、完全导电体、含吸波材料涂层介质/金属混合体以及复杂外形目标的电磁散射。结果表明:基于CFD的FVTD方法能够高精度地计算目标的电磁特性。     

基于混合 MOM-PO的复合电磁散射问题分析

海面(或地面)环境中目标电磁散射特性,对实际战场环境下军用目标的雷达探测、雷达特性形成以及雷达目标识别等技术具有基础支撑作用。因此,快速准确地分析目标和粗糙面复合电磁散射特性具有重要理论意义和应用价值。文章采用基于矩量法(MOM)和物理光学法(PO)的混合方法MOM-PO分析了目标和粗糙面复合电磁散射问题。与传统的矩量法相比,该方法在保证精确度的前提下大大加快了计算速度。     

电大尺寸散射体的RCS计算方法研究

为了更加有效的求解电大目标散射计算问题,在避免谐振区效应情况下获得复杂目标的隐身雷达散射截面(RCS)特性,引用混合场积分方程(CFIE),在快速算法的求解迭代过程中采用共轭梯度算法(CG)的收敛技术,能够稳定的求解电大尺寸的RCS。计算和分析了金属球双站RCS和金属立方体双站RCS,并和精确计算、相关参考文献进行了比较,证明了方法的正确性,计算结果稳定,在工程实际上有较大的应用价值。     

左手材料数值模拟与散射特性研究

左手材料的精确数值模拟是其研究的关键问题。但随着左手材料的研究深入,研究模型的电尺寸和复杂度都相应增加,应选择合适的计算方法进行数值模拟。通过计算单一结构单元及电小尺寸样件的吸收特性和散射特性,并结合实验数据,比较两种常用计算方法———有限元法和时域有限积分法在计算左手材料中的计算特性。结果表明：时域有限积分法在计算左手材料模型时更具有优势,特别是当电尺寸增加时优势更明显。最后利用时域有限积分法计算电大尺寸左手吸波材料样件RCS对其散射特性进行分析。     

VIE-ODDM在电磁散射特性分析中的应用

在重叠型区域分解法的基础上,对体积分方程方法进行了改进,实现了基于区域分解法的体积分方程方法.通过几个算例,验证了这种算法占用内存小、迭代速度快,计算结果准确,具有分析电大尺寸目标电磁散射问题的能力.     

高超声速飞行器高温流场数值模拟面临的问题

随着高超声速飞行器目标光辐射和电磁散射特性研究的发展和深入,高温流场特性日益引起人们的关注。由于高温流场特性研究中涉及到非常多的复杂气动现象,如气动加热、烧蚀、辐射、燃烧、化学反应以及湍流等,因此其数值模拟面临着诸多挑战。这里基于连续流计算流体力学(CFD)技术和稀薄气体蒙特卡罗直接仿真(DSMC)方法,从化学物理模型建模、方法稳定性与数值求解效率出发,分析了高超声速飞行器外部绕流、尾迹和发动机喷焰三方面的流场特性数值模拟在不同弹道、热防护手段和飞行流域环境下所面临的问题。在此基础上提出了数值求解技术和化学物理模型建模今后需要发展的方向,为有效提高高超声速高温流场特性数值模拟效率、增加流场特性预测精度提供了指导,从而为研究流场对高超声速飞行器目标光辐射和电磁散射特性影响提供有效的基础数据。     

关于 CFD 高精度保真的数值模拟研究

本文由四部分组成。第一部分研究了利用高阶格式、网格、物理模型和高性能计算机求解 NS 方程时,计算数据的高精度保真性的要求以及高精度保真的指标。第二部分研究了利用大规模计算开展大涡模拟和直接数值模拟存在的问题。第三部分分析了在高雷诺数下 NS 方程计算方法和网格的关系。最后提出了建立计算数值验证、确认的新方法。     

文章导读

关于 CFD 高精度保真的数值模拟研究（1-4，doi：10．7638／kqdlxxb-2015．0211）张涵信本文由四部分组成。第一部分研究了利用高阶格式、网格、物理模型和高性能计算机求解 NS 方程时，计算数据的高精度保真性的要求以及高精度保真的指标。第二部分研究了利用大规模计算开展大涡模拟和直接数值模拟存在的问题。第三部分分析了在高雷诺数下 NS 方程计算方法和网格的关系。最后提出了建立计算数值验证、确认的新方法。     

基于动态网格的多体分离计算技术研究

多体分离问题是航空航天等工业设计部门非常关心的问题之一。目前,多体分离轨迹问题主要依托风洞试验和数值模拟两类。本文基于网格变形与局部重构相结合的动态网格方法,在单步小位移的情况下用Laplace算法进行网格变形;当总的位移量逐渐增大至网格质量低于设定标准时,进行局部网格重新生成;采用非结构网格、Euler方程、准定常的方法开展外挂投放数值求解,模拟了典型的多体分离标模(机翼/外挂物分离),并与AEDC风洞试验结果进行了对比,验证了本文多体分离计算技术的准确性。     

基于高阶间断伽辽金数值方法的浸没边界法

为了降低复杂边界条件下贴体网格生成难度，近年来基于笛卡尔网格的浸没边界法逐渐成为研究此类问题的主要数值方法之一，然而计算精度和计算效率仍然是此类方法目前面临的挑战。与传统的空间2阶精度的有限体积格式相比，空间精度为3阶或3阶以上的高精度方法具有空间精度高、数值分辨率高、数值耗散小的优点，而作为高精度数值方法之一的间断伽辽金方法在浸没边界方面的应用仍较少。本文将高阶间断伽辽金方法的高精度优势与浸没边界法无需贴体网格的优势结合起来，提出了适用于可压缩流动的高精度浸没边界法。其中边界条件采用体积惩罚方式实现，同时采用牛顿法迭代以及MPI并行提高计算效率，物面的数据重建采用插值点处的逆距离权重（IDW-IP）方法代替高阶格式下多项式插值方法。本文基于笛卡尔网格测试验证了二维定常和非定常情况下的数值模拟效果，并与传统贴体网格的计算结果进行了对比。     

大涡模拟模型燃烧室燃烧性能计算

对带双级扩压器的模型燃烧室气液两相瞬态喷雾燃烧过程,在三维贴体坐标系下采用欧拉-拉格朗日两相大涡模拟方法进行数值研究,同时采用多维经验分析法预估燃烧性能.采用 k 方程亚网格尺度模型模拟亚网格湍流黏性;亚网格EBU(eddy-break-up)燃烧模型预估化学反应速率;多维经验分析法计算燃烧性能;并在非交错网格体系下气相采用SIMPLE(semi-implicit method for pressure-linked equations)算法对控制方程进行求解,液相采用随机离散模型,两相之间的耦合采用PSIC(particle-source-in-cell)算法.通过大涡模拟瞬态及时均计算结果表明:与粒子图像测速仪(PIV)测量的瞬态速度场、出口温度分布试验数据吻合,表明在三维贴体坐标系下采用欧拉-拉格朗日两相大涡模拟方法,数值模拟模型燃烧室两相喷雾燃烧流场,所采用的亚网格模型可以用于燃烧室气液两相喷雾燃烧流场的大涡模拟;燃烧性能计算结果与试验测量结果基本一致,说明所采用多维经验分析法可以用来数值模拟航空发动机燃烧室燃烧性能的计算,特别是污染物的预估,为设计低污染高性能航空发动机燃烧室提供有用的设计依据.      

湍流模拟壁面距离MPI/OpenMP混合并行计算方法

针对计算流体力学在湍流数值模拟过程中壁面距离计算效率不高的问题,设计了一种基于ADT数据结构搜索的MPI/OpenMP混合并行计算方法,以大幅提高大规模网格壁面距离的计算效率,降低因内存消耗而对网格规模的限制。首先分析了壁面距离计算精度对湍流模拟的重要性,介绍了壁面距离计算的几何基础。随后基于区域分解思想,将计算域划分为不同的子分区,服务器进程收集全局壁面面元网格信息后发送给其他所有进程,各进程根据全局壁面信息,基于ADT数据结构搜索其网格分区内的单元,精确计算壁面距离。为了解决全局壁面信息内存过大的问题,采用MPI/OpenMP混合并行算法,使得各计算节点中仅有一个或少数几个壁面信息备份,这些壁面信息备份被节点内的其他各进程所共享。最后采用大规模网格进行了壁面距离计算测试,网格规模最大达到33.2亿,结果表明,该方法的计算精度和直接搜索法一致,内存耗费下降70%,计算时间减少约1个量级,能满足大规模CFD数值模拟的需求。     

用矩量法计算任意形状目标雷达散射截面

 1.引言 在电磁散射计算问题中,过去研究较多的是高频情况,所用方法通常是几何绕射法、光学法等。用矩量法计基电磁散射问题,60年代提出了网格法。这种方法多用于尺寸较小的物体,如线天线、小平板等。l984年美国人用矩量法计算了飞机、导弹等的雷达截     

一般状态方程可压缩多流体流动的PPM方法

采用流体体积分数的混合型多流体数值模型和高精度多介质Piecewise Parabolic Method(PPM)算法模拟一般形式Mie-Grüneisen状态方程的复杂多流体可压缩流动.根据多流体接触界面无振荡原则设计高精度计算格式,采用双波近似和两层迭代算法求解一般状态方程的Riemann问题,利用Strang分裂方法将一维算法直接推广到高维情况,不需要动能校正.二维多流体接触间断平移问题的模拟结果表明本算法在接触间断附近压力和速度没有振荡,界面数值耗散很小,被控制在两到三个网格之内.本文还模拟了二维Riemann问题和激波同多流体交界面的相互作用,算例结果表明本文方法可以有效地处理接触间断、激波等物理问题,且具有耗散小精度高的特点.     

气相爆轰基元反应模型数值模拟

采用基元反应模型和高精度的ENO格式对气相爆轰进行数值研究，对H2／O2／Ar混合气体起爆和爆轰波传播过程的数值模拟结果表明，计算的爆轰波阵面参数和实验相当符合。数值研究的结果还表明，爆轰波反应区中参与反应的不同组分具有不同类型的变化特征。计算结果的精度随着网格尺寸增加而增加，并能保持较好的收敛性。     

基于动态混合网格的多体分离数值模拟方法

在以往发展的动态混合网格技术的基础上,耦合六自由度运动方程计算和非定常流场计算,建立了一种多体分离问题的非定常数值模拟方法。首先采用刚体运动的六自由度运动方程,建立刚体运动轨迹计算模块,然后以该模块为纽带将以往建立的非定常计算方法与改进的基于Delaunay背景网格插值方法和局部网格重构方法相结合的动态混合网格生成方法耦合起来,形成了精度较高、效率较快的多体分离数值模拟方法。利用该方法对典型多体分离问题进行了数值模拟,计算结果与风洞实验结果吻合较好。