气动热数值模拟中的网格相关性及收敛

针对气动热数值模拟中的网格相关性和收敛问题,采用计算流体力学(CFD)计算方法,以典型的钝头为算例,进行了数值模拟研究。研究结果表明:网格是气动热数值模拟中的关键因素,壁面附近法向网格间距最为敏感,热流结果随网格间距不同会出现数倍乃至数量级的差异,在得出正确的壁面压力结果的网格上不能保证得到正确的热流结果。分析认为壁面附近客观存在的巨大温度梯度是网格要求敏感的原因。计算表明:气动热计算的收敛过程比压力和流场收敛慢得多;在压力和流场完全收敛时,热流与最终的迭代收敛值偏差达20%以上;以方程残值的下降量级和压力收敛作为热流收敛的判别标准是不合适的。在气动热计算中,应直接观察热流数据的收敛,确保得到真正的收敛解。     

新型浮动式收敛袋型密封自适应同心性能数值与实验研究

提出了新型浮动式收敛袋型密封结构，建立了新型收敛袋型密封数值求解模型，研究新型收敛袋型密封周向压力分布规律，分析进出口压比和偏心率对新型收敛袋型密封泄漏量及浮动同心力的影响。设计搭建了浮动式自同心密封实验台，在数值计算结果与实验测试结果相互验证的基础上，研究进出口压比和偏心率对新型浮动式收敛袋型密封泄漏量及自适应同心性能的影响。研究结果表明：在本文研究工况下，新型收敛袋型密封所产生的浮动同心力是传统迷宫密封的8.9~10.9倍。在不同进出口压比和偏心率下，传统浮动式迷宫密封均始终处于初始偏心位置，自适应同心性能较差。新型浮动式收敛袋型密封均向转子轴心方向移动，且随着进出口压比和偏心率的增大，浮动响应时间缩短，自适应同心性能增强。新型浮动式收敛袋型密封具有良好的浮动响应特性和自适应同心性能。     

BLU-SGS方法在WCNS高阶精度格式上的数值分析

高阶精度计算方法的收敛效率是目前CFD重要的研究内容之一。应用多块对接结构网格技术,基于雷诺平均的Navier-Stokes方程(RANS)和五阶空间离散精度的显式加权紧致非线性格式(WCNS-E),针对NLR7301两段翼型和Trap Wing梯形翼两个低速算例,重点研究了BLU-SGS迭代方法应用于WCNS-E高阶精度格式上的收敛效率问题。通过与LU-SGS迭代方法收敛效率和计算结果的比较,研究结果表明:BLU-SGS迭代方法的收敛效率明显优于LU-SGS迭代方法;对于收敛的流场,BLU-SGS迭代方法的计算结果与LU-SGS方法的结果基本相同。     

固体火箭发动机喷管阻尼特性的数值仿真

为了探究影响固体火箭发动机喷管阻尼特性的关键因素,基于典型柱状装药固体火箭发动机二维简化模型,利用脉冲衰减法,开展喷管阻尼特性数值仿真计算,研究了喉通比和燃烧室长度对喷管阻尼常数的影响规律,结果发现数值模拟结果与经验公式理论预估结果有较好的一致性,证实了该数值方法的有效性;在此基础上,进一步探讨了无法由经验公式直接获知的诸如喷管收敛半角以及收敛型面对喷管阻尼常数的影响规律,结果表明:收敛半角对喷管阻尼常数有很大的影响,在设计范围内,较小的收敛角有益于提高喷管阻尼特性;收敛段型面对喷管阻尼也有一定的影响,凸型型面阻尼特性优于锥型型面,锥形型面优于凹形型面.      

基于时间约束的无人机避障研究

对无人机避开障碍物这一热点问题展开了研究。在极坐标系下,基于无人机与障碍物之间的几何关系,建立了无人机与障碍物之间的运动学方程。通过设计滑模变结构有限时间收敛制导律,使连接无人机与避障点的视线角速率快速收敛到零,相对速度方向收敛到期望的避障方向,保证了无人机能够顺利避开运动障碍物。通过有限时间收敛分析,得到了相对速度收敛到期望的避障方向时间与制导律参数的表达式。通过选择合适的参数,可使收敛时间小于到达避障点的时间,保证了避障的完成,也确定了制导律参数的取值范围。最后对设计的避障算法进行了仿真,仿真结果验证了算法的有效性。     

掺混段收敛对出口温度场影响的试验与模型计算

在二元试验燃烧室上，就不同掺混段收敛比对出口径向，周向温度分布及出口温度分布系数的影响作了试验研究。试验时燃烧室进口为常温。出口为常压，温升范围380-560℃。掺混通道面积收敛比分别为1.23,1.67,2.57。本同时发展了掺混段收敛时，预估燃烧室出口径向温度分布的计算方法。模型计算结果和二元燃烧室试验结果相吻合。     

基于改进离散材料插值格式的复合材料结构优化设计

针对采用离散材料优化(DMO) 模型优化复合材料纤维分布时角度优化结果收敛率低的问题,将连续化惩罚策略与Heaviside惩罚函数引入传统DMO模型中,提出了一种改进的HPDMO (Heaviside Penalization of Discrete Material Optimization)模型,从而提高结构的收敛率。建立了复合材料单层板基于最小柔顺性设计的优化列式,给出了多种离散材料构成结构的灵敏度信息求解方法。分析比较了DMO模型、连续化惩罚模型和HPDMO模型对最终优化结果收敛率、目标函数、迭代历史的影响。数值算例表明,改进的离散材料惩罚模型不但可以显著地提高优化结果的收敛率,给出清晰的优化构型,而且可以通过较少的优化迭代步数实现这一结果,为纤维增强复合材料的优化设计在工程中的应用提供了新的技术手段。     

基于5阶精度格式WCNS-E-5的p-multigrid方法研究

p-multigrid方法的基本思想是:在保证收敛结果为高阶精度的同时,利用低阶精度格式耗散大的特点,来改善高精度有限差分格式在迭代计算时收敛速度慢的弱点.本文基于5阶精度WCNS-E-5差分格式,引入1阶精度迎风格式和3阶精度加权格式,构造了p-multigrid方法,在迭代过程中采用了V循环、W循环、S循环、PreV和FMG循环等不同方式来应用这三种格式,并通过典型算例考察了这些循环方式对收敛速度的影响,初步数值试验表明,采用恰当的循环方式,本文所设计的p-multigrid方法能够加快收敛速度,并保证了最终收敛结果与5阶精度WCNS-E-5差分格式的一致性.     

一种变步长LMS自适应滤波算法研究

为了解决最小均方(LMS)算法的稳定性以及收敛速度和稳态误差之间的矛盾,提出了一种复数型自适应变步长的LMS算法,它的权系数的调整取决于误差曲面在新权值点上的梯度。分析了新算法的收敛特性以及参数选择对算法性能的影响。算法具有较快的收敛速度、鲁棒稳定性且运算小易于实现的特点。计算机仿真的结果与理论分析相一致,证实了算法的收敛性能优于标准的LMS算法并且具有较好的实用性。     

跨音速组合体纵向空气动力的差分计算

 本文建立机翼-机身-平尾-立尾组合体跨音速纵向空气动力的混合差分线松弛迭代计算方案。在物理空间采用直角座标网格,列出组合体的远场边界条件,在流场内部和物面、涡面网格点上,满足速势方程,利用物面边界条件,将速势延拓到机身内部。做了两个算例,得到了收敛或接近收敛的结果,与实验尚符合。对收敛过程和超松弛加快收敛的方法作了一些研究,发现超音速点的松弛参数应取大于1。     

非线性离散动态系统DISOPE方法及其收敛性分析

给出了非线性离散动态系统优化与参数估计集成方法的一般性数学描述,对其算法收敛性进行了分析。分析和讨论了收敛因子对算法收敛性的影响,在收敛速度指标定义的基础上,给出了在迭代运算过程中对收敛因子进行实时调整的智能化方法。     

低马赫数流动中的预处理Euler方程的收敛特性

对预处理后Euler方程在低马赫数流动数值模拟中的收敛特性进行了细致研究。首先采用量级分析法研究了Weiss-Smith预处理方法对低速情形下Euler方程收敛性的影响;然后针对低速情形下预处理后的Euler方程组中各方程的收敛性,提出了一个改进的预处理矩阵。数值模拟结果表明：Weiss-Smith预处理方法可以很好地改善Euler方程在低速流动时的收敛特性,并且改进后的预处理矩阵在连续方程的收敛特性方面效果明显。     

带有误差的广义压缩映射迭代序列的收敛阶

Liu Qihou提出了度量空间中带有误差的迭代序列的定义，并研究了迭代序列的收敛性。严格分析了完备度量空间中带有误差的两类广义压缩映射迭代序列的收敛速度，得到了迭代序列收敛阶的最佳估计，这些结果在近似计算中可用于估计不动点的大致范围以及根据精度要求确定迭代次数。     

牛顿迭代收敛的加速

基于Newton迭代法单根的二阶收敛性和重根的线性收敛性,提出了加速牛顿迭代收敛的思想。利用反函数的性质,取Taylor展开式的前三项进行迭代;并利用差商代替导数的方法,构造出更高收敛阶的迭代公式。大量的数值实验结果表明,本文算法理论上的推导是完全可行的,且有效地提高了迭代公式的收敛速度。     

Strapdown Matrix Orthogonalization: The Dual Iterative Algorithm

There exist several algorithms for the optimal orthogonalization of the Direction Cosine Matrix used in navigation, control and simulation One of these recursive algorithms is shown to be derived from a dual solution to the optimal orthogonalization problem. The duality of the algorithm is demonstrated and its convergence properties are investigated Quadratic convergence is proven and the condition for convergence is determined and illustrated with numerical examples.     

Application of the Normalized LMS Algorithm to MSLC

For some conditions, the convergence time of the conventional LMS algorithm is longer than the radar dwell time so that the MSLC technique does not cancel jammers. The convergence time depends upon the power and angular locations of the jammers. The normalized LMS technique can decrease convergence times by several orders of magnitude. It causes the convergence time to be essentially independent of the jammer powers and decreases the convergence time dependence upon location. The derivation of an exact first moment analysis of the weights for the normalized LMS algorithm is given. Simulation results are also given. There is excellent agreement between the two.     

An adaptive fast fixed-time guidance law with an impact angle constraint for intercepting maneuvering targets

Sliding mode guidance laws based on a conventional terminal sliding mode guarantees only finite-time convergence, which verifies that the settling time is required to be estimated by selecting appropriate initial launched conditions. However, rapid convergence to a desired impact angle within a uniform bounded finite time is important in most practical guidance applications. A uniformly finite-time/fixed-time convergent guidance law means that the convergence (settling) time is predefined independently on initial conditions, that is, a closed-loop convergence time can be estimated a priori by guidance parameters. In this paper, a novel adaptive fast fixed-time sliding mode guidance law to intercept maneuver targets at a desired impact angle from any initial heading angle, with no problems of singularity and chattering, is designed. The proposed guidance law achieves system stabilization within bounded settling time independent on initial conditions and achieves more rapid convergence than those of fixed-time stable control methods by accelerating the convergence rate when the system is close to the origin. The achieved acceleration-magnitude constraints are rigorously enforced, and the chattering-free property is guaranteed by adaptive switching gains. Extensive numerical simulations are presented to validate the efficiency and superiority of the proposed guidance law for different initial engagement geometries and impact angles.     

粒子群混合算法在变导向器面积计算中的应用

求解非线性方程组经典方法具有严格的局部收敛性;粒子群等进化算法解决了全局收敛的问题,但计算效率偏低,存在最优解不稳定的问题。结合经典Newton-Raphson法的超线性收敛速度和粒子群算法全局收敛能力的粒子群混合算法具备2类算法的优点。在迭代初期采用粒子群算法获得的近似全局解作为Newton-Raphson算法的初始值,以确定高精度的解。利用粒子群混合算法在发动机变导向器面积的大偏离计算中获得了较好的收敛效果,解决了常规Newton-Raphson法不收敛的问题。     

具有两个测量控制面的适应壁风洞理论与实验

本文研究了具有两个测量控制面的适应壁风洞。在超临界马赫条件下,做了二维NACA-0012翼型实验。在近洞壁处的两个控制面上测取了静压。基于上述测量,叙述了在适应壁风洞中得到无干扰流场的迭代方法。给出了为外场计算这两个控制面上静压的函数关系。评述了所选取迭代方法的收敛性。得到了一步收敛公式,并且在数字模拟风洞中得到证实。结果指出,应用一步迭代公式,所选取的迭代方法可以加速使流场收敛到无界条件。