基于变步长CFD/RBD方法的旋转弹轨迹仿真

采用变步长方法实现非定常Navier-Stokes方程和刚体六自由度运动方程的耦合求解,并对美国ARL旋转弹试验模型的飞行轨迹进行了仿真。旋转弹自由飞行过程中受到空气阻力作用,转速下降,气动力变化趋缓。因此轨迹仿真时先选取较小的时间步长,随着转速的下降逐渐增大步长,这样可以减少计算时间。刚体六自由度运动方程的数值求解采用变步长Adams预估校正法。将定步长和变步长两种方法应用于旋转弹实验模型轨迹仿真,并将计算得到的旋转弹空间位置、姿态角与试验结果进行了对比,结果显示:方法能较精确地仿真旋转弹飞行轨迹。在相同初始步长条件下,变步长方法较定步长方法计算时间减半;在相同计算时间条件下,变步长方法较定步长方法精度更高。     

基于全量运动微分方程的飞机飞行系统仿真

飞行系统仿真是飞行模拟器仿真的重要组成部分.飞行系统数学模型中的运动方程模型可以分为小扰动模型和全量运动微分方程模型.由于小扰动模型不能模拟飞机的全部运动状态,所以研究基于全量运动微分方程模型的飞行系统仿真是必要的.介绍了飞机气动力/力矩计算公式和飞机全量运动微分方程以及在飞行系统仿真中飞机气动力/力矩计算和全量运动微分方程解算所要用到的主要算法公式.针对飞机全量微分方程的解算,较详细介绍了一种改进的变步长Runge-Kutta方法并应用该方法进行了飞机定直平飞无操纵小扰动情况下的仿真.结果表明,该数值方法运行稳定,精度也能达到要求.     

齿轮时变系统对扭矩激励的响应

在考虑齿轮时变啮合刚度、啮合阻尼和输入、输出扭矩波动的情况下,建立了具有周期性时变系数的齿轮系统线性动力学方程,用A算符方法(AOM)求出了该动力学系统的近似解析解。根据计算结果,A算符方法(AOM)克服了谐波平衡法的缺点,能够得到系统响应的所有频率成分,计算精度更高;与数值法相比,可取较大步长,省时间,效率高;系统受到内部或外部激励时,响应中含有同频、倍频、差频及和频成分。      

基于预估校正和嵌套网格的虚拟飞行数值模拟

 针对导弹虚拟飞行数值模拟问题,发展了空气动力学/飞行力学数值计算方法和软件。控制方程为非定常雷诺时均Navier-Stoker(RANS)方程和刚体六自由度运动方程;流场求解器为有限体积法结构网格求解器,时间推进采用双时间步法,湍流模型为Spalart-Allmaras一方程模型;采用Adams预估校正法实现飞行力学方程与流场控制方程的耦合计算;使用嵌套网格方法模拟多体运动。首先模拟了美国国家航空航天局(NASA)窄条翼导弹模型纵向虚拟飞行,研究耦合方式和时间步长的影响。仿真结果表明,双时间步三阶Adams耦合方法,同等精度下可以显著增大时间步长,缩短仿真时间。最后,采用该方法模拟了导弹自由摇滚特性和纵向虚拟飞行,模拟结果与试验值吻合较好。     

二元喷管跨音速流场的数值计算

本采用有限体积法进行空间离散，Runge-Kutta法进行时间推进的办法，通过求解Euler方程来模拟二元收敛－扩散喷管跨音速流场。运用隐式残差平均技术和当地时间步长法加速计算收敛。为了消除气流参数的波动和激波前后的振荡，在方程中添加了自适应耗散项。在100个时间步以内便可获得稳态解，计算结果与试验数据和其他数值方法吻合良好。     

板翅式湿热交换器动态数学模型研究

利用能量和质量方程建立了适于大系统仿真与控制的板翅式湿热交换器运态数学模型,提出了利用数值差分和参数集结求解模型的两种方法,算例表明了两种方法解的一致性。     

混合解析/数值方法及其在湍流数值模拟上的应用

针对带小时间尺度的源项的方程描述的流动问题,提出了混合解析/数值方法。混合解析/数值方法的基本思想是:分裂原始方程组为对流-扩散部分的偏微分方程和源项的常微分方程。偏微分方程采用合适的数值方法求解,而常微分方程采用解析方式积分。模型方程的理论误差研究表明,混合方法提高了源项处理的精度,降低了混合方法的整体数值误差。分析同时表明,基于时间分裂的算法在求解含源项双曲系统的定常类型问题,会存在数值振荡。为此发展了非分裂方式的混合解析/数值方法,在湍流模型数值计算中提高了数值稳定性,而且加快了计算的收敛速度。     

有相对运动多体动力学系统流动计算方法若干问题讨论

对应用非结构动网格技术数值模拟有相对运动多体动力学系统的流动现象时发现的若干问题进行了讨论.应用动网格技术求解均匀流场,验证了几何守恒律方程离散形式对流场计算精度的重要性,还发现格式时间精度越高、网格运动速度越接近声速,几何守恒律的作用越明显;采用类似于可控轨迹实验的准定常计算方法和非结构动网格技术,分别对超声速气流中物体运动的动力学过程进行了数值模拟,通过流场和运动特性比较和理论分析,指出准定常计算方法本质上无法反映非定常流动特征,即使时间步长趋向零也不会趋向于真解;还讨论了数值模拟非定常流动的双时间法,分析时间推进步长对解的影响,随着时间步长减小解的误差降低,但是这一方法与动网格技术结合解决多体分离问题有难度.     

低温推进剂贮箱增压系统分布参数数值仿真(Ⅱ)增压系统数值模型与仿真结果

在所建立低温推进剂分布参数贮箱模型的基础上,采用液体火箭发动机试验台气路系统模块化建模与仿真软件,对某试验台液氧贮箱增压系统在发动机点火工作段的增压过程进行了仿真研究.仿真结果与试验结果以及经验公式计算结果获得了很好的一致,表明分布参数贮箱模型相对于集中参数模型更为准确全面地描述了低温贮箱内的流动和热分层现象,并表明有限体积模型体系及所开发的仿真软件具有广泛的适用范围和良好的仿真精度,在管路系统仿真领域具有工程应用价值和数值拓展潜力.      

混合解析/数值方法在含高频振荡点源项的欧拉方程数值计算上的应用

 通过模型方程分析看到了一个重要的现象, 如果源项涉及的时间尺度远小于对流项的时间尺度, 那么基于对流时间尺度作为步长的传统数值方法, 即使源项相对于墩流项是个小量, 也会导致平均尺度上错误的结果。为了克服这种困难, 采用时间分裂方法, 把方程分裂成含对流项部分的偏微分方程( PDE) 和包含源项的常微分方程(ODE) 基础上, PDE 使用传统的数值方法, ODE 用解析的方法求解。该混合方法在数值格式时间步长小于平均流动时间尺度时, 得到正确解, 而与点源所隐含的时间尺度无关。把这个方法应用在含源流动的Euler 方程的计算中, 计算了翼型振荡问题, 取得了理想的结果。     

描述颗粒沉积动力学演变过程的一种随机算法

为了解决普通Monte Carlo算法计算精度和计算代价无法协调的矛盾,发展了一种新的多重Monte Carlo(MMC)算法求解考虑多分散性颗粒沉积的通用动力学方程,该算法引入加权虚拟颗粒的概念,基于时间驱动MonteCarlo技术,模拟过程中保持虚拟颗粒数目和计算区域体积不变。首先详细介绍了考虑颗粒沉积的MMC算法,包括时间步长的设置、颗粒是否沉积的判断、沉积后果的处理等。然后选定三个存在理论分析解的特殊工况对MMC算法进行验证,数值模拟结果与相应的理论分析解符合很好,表明该算法具有较高的计算精度,同时该算法计算代价很小。     

喷管跨声速流场计算

本文用时间相关法求解定常跨声速喷管流场。对守恒型和非守恒型方程采用全场统一时间步长、当地时间步长和修正超阻尼法进行了计算。计算表明:采用当地时间步长可大大提高收敛速度,采用全场统一时间步长时,数值解非守恒型方程收敛较快;采用修正超阻尼法也能提高收敛速度,但与阻尼系数和时间间隔有关。     

时域推进与边界元混合瞬态热传导问题

对时间变量在小区间内应用多项式插值,对空间变量采用边界元求解,提出一种新的分析瞬态热传导问题的计算格式。与现行的利用含时间变量的基本解所得到的边界元计算格式相比较,具有基本解简单易得、系数矩阵容易计算以及无重复积分等优点;与向前差分消去时间因子的边界元计算格式相比较,则在算法稳定性、计算精度以及时间步长的选取等方面具有明显的优势,并且很容易推广到求解非线性问题。算例表明,采用时域推进与边界元混合方法分析瞬态热传导问题有效可行。     

加权变系数的瞬态导热有限元法

研究了两点时间差分格式的瞬态导热温度场有限元法数值解的稳定性和振荡现象,推导出消除振荡的方法:将时间差分格式的加权系数σ与时间步长△t分别和温度振荡联系起来,得出变σ和变△t的函数关系式。      

基于Navier-Stokes方程的旋翼前飞状态气动特性数值模拟研究

建立了一个适用于旋翼前飞状态非定常流场和气动载荷计算的数值方法。在该方法中,控制方程为惯性坐标系下的三维非定常Navier-Stokes方程,空间方向上将三阶逆风格式(MUSCL)与通量差分分裂方法相结合。为较好地模拟流动分离,采用了一方程的Spalart-Allmaras湍流模型,时间方向则采用双时间法推进求解。为计入桨叶的旋转、周期性挥舞和变距运动,采用了运动嵌套网格方法。此外,为了更真实地反映旋翼桨叶的实际运动,发展了一个旋翼配平分析模型及求解方法。应用所建立的方法,首先计算了具有先进气动外形的四片桨叶的UH-60A直升机旋翼悬停状态的流场及气动性能,验证了该方法对悬停状态旋翼气动性能数值模拟的有效性。在此基础上,着重对Caradonna模型旋翼无升力前飞状态和AH-1G直升机旋翼桨-涡干扰前飞状态的气动特性(表面压强分布、扭矩、气动载荷)进行了计算,数值结果和试验值吻合良好,表明本文建立的CFD方法对旋翼前飞状态流场的模拟和气动载荷的计算是有效的。     

高亚声速二维风洞收缩段的设计

本文提供了一个仿射变换式,它将亚声速位势方程精确变换成Laplace方程。应用这个理论,本文给出了一个设计二维高亚声速风洞收缩段的精确方法。在马赫数为0.9时,求得的收缩段形状曲线与由计算机提供的位势方程数值解相比较,二者极为符合。此外本方法计算简单,精度高,并具有广阔的应用范围。     

符号运算在PID控制极点配置中的应用

利用符号运算,针对代数方程组求解的解析解功能和数值解功能,提出了1种对1阶被控对象和2阶被控对象模型进行PI控制器和PID控制器极点配置的设计方法,给出了相应控制器结构参数的解析解,并在算例中进行了数值仿真验证。     

机身壁板裂纹容限分析的工程方法在某运输机上的应用

 In this paper, the stress strength factor of fuselage stiffened panels of transport airplanes has been obtained by using two-dimensional, analytical solution, curvature correc tion and nonuniform stress correction. Based on the Kc criterion critical crack length has been obtained. By using the fast integral technic the residual strength and residual life under random spectra for skin circumferential crack at the typical broken stringer and for longitudinal crack at the typical broken frame were obtained and analysed. Then by analyzing the above numerical results, the basic information for determining the life of the transport airplane has been provided. The above calculation is conducted on a IBM236 microcomputer.Due to the use of analytical and fast integral approaches the method used in this paper is convenient and economic.It can be used for crack tolerance analysis of other airplane structures.     

翼型和叶栅前后缘局部流场的新精化解法

本文提出一种利用前后驻点自动定位来求前后缘局部流场精化解的方法 ,即在全流场解的基础上 ,把局部流场解分为两部分的叠加 ,其中之一是驻点邻区的近似解析解 ,它吸收了原解中变化急剧的部分 ,使剩余部分成为变化比较平缓、具有更好的解析性态的分布 ,因而易于求准确。算例表明 ,本文方法为提高亚声绕统计算精度 ,特别是带攻角绕流工况 ,提供了有效的手段 ,本文思想也可同变分差分法结合应用     

转子轴系耦合振动模型一般性解析式推导与分析

基于转子受到的线性和非线性作用机理，引入线性尺度因子、非线性尺度因子和耦合强度比作为特征参量，分别构建了阻尼力和刚度力的一般表达式，进而推导出转子轴系一般形式的线性与非线性耦合的振动模型.基于仅考虑质量不平衡激励的单圆盘转子轴系，应用多尺度法求解出该方程的稳态解及瞬态解.通过对解析解的分析，揭示了线性与非线性耦合作用及响应的振动机理.通过数值计算分析了瞬态时间尺度因子对响应的影响，瞬态时间尺度因子越大，瞬态解衰减越快，越接近于稳态解.对稳态解短时傅里叶变换的幅频特性进行分析，可发现1倍频出现了非线性特征，3倍频存在双峰特征，进一步阐述了非线性尺度因子对转子轴系耦合振动的影响.