自动生成二维贴体曲线坐标格网系的通用程序

一、概述: 对大多数偏微分方程组来说。边界条件对解的特性影响显著。因此,在数值求解偏微分方程时。边界条件的精确表述是个关键。贴体曲线坐标格网系具有和全部边界形状重合的坐标系,而且各种边界条件都能用边界及边界附近的格网点上的值来表示。这既正确地反映了边界形状。又不需要任何插值而精确地数值表示了边界条     

适用于混合网格的约束最小二乘重构方法

为强化边界条件对计算流体力学(CFD)计算中流场重构过程的影响,基于三维任意多面体混合网格,对一种约束最小二乘法进行了研究。通过对不同边界类型的透明化处理,统一了约束方程组的形式,从而简化了该方法的应用。为了充分吸收消去法和加权法各自求解约束方程组的优点,提出了混合采用两种方法的思路。针对层流平板研究了加权法中加权系数如何取值问题,数值实验表明加权系数取到5基本已经足够大。最后通过亚声速层流平板和跨声速湍流ONERA-M6算例对比了混合法、加权法与原始最小二乘法,计算结果表明:约束最小二乘法相比原始最小二乘法的流场重构更加准确,特别是对边界质量较差网格的计算优势更为突出;混合消去加权法相比单独采用加权法的计算结果也有所改善。     

基于控制理论的Euler方程翼型减阻优化设计

在Jameson的控制论气动优化设计思想下，应用Euler方程研究了翼型的反设计和减阻问题。设计过程中的梯度是通过求解一个伴随偏微分方程而得到的，每个设计迭代只需求解一次Euler方程和一次伴随方,一与设计变量数无关。在具体数值执行中：①利用分部积分将目标函数变分的计算转化成了类似于计算Euler方程残值的形式，节省了机器时间；②根据控制理论的要求，将减阻问题转化成了相应地修改伴随方程的物面边界条件和目标函数的变分表达，使问题得到了简化；③利用特征不变量分析法，处理了伴承方程的物面和远场边界条件。设计算例证明了本文方法可靠性好、收敛快、大大节约设计时间。     

时域有限差分法常用吸收边界的性能分析

文章对时域有限差分法常用吸收边界的性能进行了分析,包括 Mur吸收边界、PML(Perfectly Matched Lay. er)、UPML(Uniaxial PML)以及 CPML(Convolution PML)。首先,简要介绍了几种吸收边界的理论基础；然后,根据前面理论进行 Matlab仿真,通过采样二维情况下的高斯源和正弦源激励的电场值,分析比较 4种吸收边界的性能；最后,总结了各种吸收边界的优劣和特点。     

SRAM及其二维结构的隐身特性计算分析

应用有限元数值计算方法结合吸收边界条件，对结构型吸波材料的隐身特性计算进行了算法分析研究；并据分层组配方案对二维层合板SRAM结构(二层和三层结构)的雷达散射截面进行计算，得到最优隐身特性的组配方案；最后对波纹板SRAM结构、波纹板斜面与底板夹角变化对雷达散射截面的影响进行了计算分析，得出正趋势的结论。     

振动翼型跨音速非定常Euler方程数值解方法

通过坐标变换使变化的物面边界条件及无穷远边界条件变为固定的有限范围内的边界条件。因此可在不增加计算机时的情况下,边界条件可以精确地满足。由于主控方程是Euler方程,因此,凡适合于Euler方程解的问题（跨音速、大扰动、非定常、高简化频率）均可应用此法。同时,在计算过程中采用贴体、正交网格与可控网格技术获得最佳网格分布。算例计算结果是令人满意的。     

叶栅离散伴随气动优化设计

正叶栅气动优化设计是一个具有复杂约束环境的多变量、非线性、多目标优化问题。基于控制理论的气动优化设计方法,因其在求解目标函数对设计变量的梯度时引入了伴随系统,又被称为伴随方法。与传统的梯度求解方法相比,伴随方法的优势在于其梯度的计算量与设计变量数目无关,计算目标函数对所有设计变量的梯度只需计算一次流场和一次伴随场,且伴随方程是线性偏微分方程,远不及流动方程复杂。其中,离散伴随方法因其伴随方程及边界条件     

一种基于特征关系式的预处理远场边界条件

高速可压缩流动的计算方法应用于不可压低速问题会因为当地速度和当地声速量级相差较大产生刚性问题并导致数值收敛困难。预处理方法引入预处理矩阵使传统的可压缩方法具备了求解不可压或低速问题的能力。由于预处理方程改变了Navier-Stokes方程的特征值,原Navier-Stokes方程的远场边界条件不再适用。目前被广泛使用的预处理方程的远场边界条件为简化边界条件。本文以预处理方程为基础进行分析,推导了一种基于特征关系式的远场边界条件。通过典型状态算例数值实验,验证了该边界条件及预处理方法的有效性。结果显示,对于定常/非定常低速不可压流动,合理地设置远场边界条件,预处理方法都能够提高计算的收敛性和精度;对于跨声速流动,预处理方法和未加预处理方法两者的计算效率和计算精度相当。本文的预处理远场边界条件与简化预处理远场边界条件相比一是能够进一步提高计算的收敛速度;二是能够有效降低远场边界位置对预处理方法数值计算结果的负面影响。     

FDTD-PML方法在柱形散射体总场计算中的应用

利用时域有限差分（FDTD）方法,结合理想匹配层（PML）吸收边界条件,对无限长柱形散射体的总场计算进行分析并得出数值解。证明了该方法在散射体总场计算中的实用性和有效性,并在此基础上给出了不同入射波源及PML参数对计算结果的影响。     

基于物理信息神经网络的气动数据融合方法

为了解决训练传统深度神经网络对大数据的依赖问题，气动数据中包含的物理结构信息需要被充分利用。物理信息神经网络（physics-informed neural network, PINN）是一种非监督的学习算法，采用深度神经网络直接逼近流场偏微分方程的解，因此适用于气动数据的建模。然而训练PINN时，损失函数反映的是抽样点处神经网络所拟合的偏微分方程值的偏差，对于复杂的非线性偏微分方程，这一偏差不能准确反映神经网络所拟合的函数与微分方程解函数的偏差，而且用神经网络拟合初始条件和边界条件时，不可避免存在拟合误差，误差随空间和时间累计，这使PINN的建模精度相比传统的模型没有优势。为了解决这些问题，本文把PINN与流场的计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）仿真结果进行融合，在流场抽样点处的损失函数中增加了PINN在该点的输出与流场在该点的CFD值偏差，从而提高了神经网络的建模精度。根据CFD仿真时使用的模型，融合方式采用瞬时模式或时均模式。测试结果表明该方法能够有效提高PINN的建模精度。     

A direct position determination method with combined TDOA and FDOA based on particle filter

The localization of a stationary transmitter using moving receivers is considered. The original Direct Position Determination (DPD) methods, with combined Time Difference of Arrival (TDOA) and Frequency Difference of Arrival (FDOA), do not perform well under low Signal-to-Noise Ratio (SNR), and worse still, the computation cost is difficult to accept when the computational capabilities are limited. To get better positioning performance, we present a new DPD algorithm that proves to be more computationally efficient and more precise for weak signals than the conventional approach. The algorithm partitions the signal received with the same receiver into multiple non-overlapping short-time signal segments, and then uses the TDOA, the FDOA and the coherency among the short-time signals to locate the target. The fast maximum likelihood estimation, one iterative method based on particle filter, is designed to solve the problem of high computation load. A secondary but important result is a derivation of closed-form expressions of the Cramer-Rao Lower Bound (CRLB). The simulation results show that the algorithm proposed in this paper outperforms the traditional DPD algorithms with more accurate results and higher computational efficiency, and especially at low SNR, it is more close to the CRLB.     

多面体网格在静气动弹性计算中的应用

介绍了多面体网格技术在静气动弹性问题中的应用.基于M6算例和径向基函数插值法,探究了多面体网格的CFD计算效率和变形能力,使用AGARD445.6机翼进行了静气动弹性数值计算.结果表明,多面体网格具有计算效率高、变形能力强、计算结果准确等优点,可适用于静气动弹性问题的数值计算.     

轮盘径向破裂转速计算方法分析及修正

分析了轮盘径向破裂转速理论计算方法及常用平均径向应力计算方法的含义及其特点.且依据理论计算方法的含义,提出了基于有限元计算结果的轮盘径向破裂转速计算修正方法.通过实例应用,证明了相对于理论方法计算结果,修正方法较常用平均径向应力方法计算精度更高,其计算精度由6.6%提高到0.5%以内,且修正方法较理论方法使用更方便、工程适用性更强.      

用保角转绘坐标解二维和轴对称可压流Euler方程

本文推导出用保角转绘正交曲线坐标表示的二维与轴对称Euler方程,方程中的未知量以曲线坐标方向的速度分量表示,并有不含未知量导数的源项。方程组的形式与直角坐标系中的接近,因而简化了计算。本文将该方程组用于计算二维任意翼型和旋成体轴对称绕流,采用分辨率较高的Eberle特征平均显式有限体积差分算法求解,在不同区域中用不同的显式推进步数加速收敛。本方法已分别对翼型和旋成体轴对称绕流编制了计算程序,可用于自由流为亚声速、跨声速和超声速的绕流计算。大量计算结果表明,本方法精度好,激波分辨率高,编程序简单。     

Navigation Computation in Terrestrial Strapdown Inertial Navigation Systems

The problem of computing the translational velocity and position relative to earth, which has to be solved by the processor of a strapdown inertial navigation system is discussed. Several approaches are briefly examined with consideration given to the form in which the sensor data are generated and to the computational burden involved in each approach. A computational scheme is finally selected in which the computation is divided into three rate levels. The differential equations of this scheme are developed and the assumptions on which the development is founded are stated. Three variants of the basic scheme are presented, each based on a different level of simplifying assumptions. The main purpose of this work is to develop the differential equations to be solved at each stage of the computation, rather than the numerical implementation of the solution. This work supplies the theoretical background for some of the numerical methods which are now being used.     

用隐式近似因子分解法计算喷管跨音速流场

本文用隐式近似因子分解法结合贴体曲线坐标计算了定常、无粘、跨音速喷管流场,选择了参数变化比较剧烈的小喉部曲率半径喷管,陡壁收敛段喷管和潜入喷管三种算例.计算结果表明,该方法收敛快,并且具有良好的精度.Courant数可以取至7.这种隐式法与显式法相比较,花费的机时少得多.本文的方法可望推广到求解N-S方程、PNS方程,和二相有粘喷管流动计算.     

ABCLS method for high-reliability aerospace mechanism with truncated random uncertainties

The random variables are always truncated in aerospace engineering and the truncated distribution is more feasible and effective for the random variables due to the limited samples available.For high-reliability aerospace mechanism with truncated random variables, a method based on artificial bee colony(ABC) algorithm and line sampling(LS) is proposed.The artificial bee colony-based line sampling(ABCLS) method presents a multi-constrained optimization model to solve the potential non-convergence problem when calculating design point(is also as most probable point, MPP) of performance function with truncated variables; by implementing ABC algorithm to search for MPP in the standard normal space, the optimization efficiency and global searching ability are increased with this method dramatically.When calculating the reliability of aerospace mechanism with too small failure probability, the Monte Carlo simulation method needs too large sample size.The ABCLS method could overcome this drawback.For reliability problems with implicit functions, this paper combines the ABCLS with Kriging response surface method,therefore could alleviate computational burden of calculating the reliability of complex aerospace mechanism.A numerical example and an engineering example are carried out to verify this method and prove the applicability.     

基于摄动理论的爆高确定方法研究

分别讨论了两种通过飞行时间确定爆高的方法:解析计算修正法和时间偏导数法,这两种方法都是通过计算延迟时间来确定爆高,具有自主性强、可靠性高的特点。计算了两种方法在不同干扰条件下的结果,分析了造成计算偏差的原因。计算结果表明,两种方法的计算误差都非常小,均可应用于弹道导弹爆高确定。     

空气雾化的模型及其计算

本文研究了预膜式空气雾化喷嘴的雾化过程, 建议一个液膜 (波)破碎准则, 并结合有关雾化机理的研究结果建立一个雾化模型, 提出了一种称为跟踪 -统计的雾化模型数值计算方法。对喷嘴出口后的液膜破碎形成粒子的尺寸、数目及运动进行跟踪记录及统计, 得出液雾在空间的分布特性。为验证此雾化模型及其计算方法, 计算了一个三元轴对称喷嘴出口后的液雾场。计算及实验符合, 表明了该模型及其计算方法的可行性。      

气动计算软件集成系统中的远程控制

随着我国航空航天技术的飞速发展，气动计算软件集成技术日趋成熟，但用户在并行计算中需要手动输入的操作较多。鉴于此，通过编程开发了基于TCP／IP协议的FTP客户端应用程序，实现了对网格文件的信息采集、过滤并将其和参数、脚本文件等批量自动上传的功能。根据批处理文件中的命令，调用Windows平台自带的客户端Telnet，向远程集群管理节点发出命令，远程启动服务器集群的并行计算任务。最后，在客户端实现了远程控制服务器集群上的计算流体力学软件Fluent进行并行计算。结果表明：使用该远程控制系统能够减少用户输入操作，提高计算效率，保证数据的实时更新。