斜切反喷管性能分析

固体火箭发动机前端斜切反喷管，其结构简单、作用时间短、气动型面具有尖点，并在超音速区有台阶，喷管内存在一系列激波，并伴有流动分离现象。本文从雷诺平均的非定常Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程出发，结合采用Ｂｏｌｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ代数湍流模型，利用时间相关法及ＭａｃＯｃｏｒｍａｒｋ两步显格式求解，模拟了斜切反喷管流场。计算得到的壁面压强分布与风洞吹风实验测得的压强分布相一致。该方法可应用于斜切反喷管的     

三维物体表面摩阻的有限元算法

在有限元法的框架内，给出一种从动量守恒方程出发计算物面摩阻的新方法，并用数值试验进行了验证。     

旋翼桨叶绕流Euler方程数值模拟

本研究应用格心格式有限体积法求解欧拉方程,模拟绕旋翼浆叶的流动。旋翼尾流的作用通过自由尾流分析来求解局部的诱导下洗速度以修正翼型攻角。选择O—H型式生成弦向和展向网格。通过算例计算为进一步寻求有效的Euler或NS方程数值解积累了经验。     

导叶伺服动力学系统通用建模方法

针对现有导叶伺服系统模型跨平台联合仿真速度慢、通用性差的问题，提出了一种基于动力学特性方程的、部件通用性 强的导叶伺服系统通用建模方法。采用部件建模法从底层方程到部件级模型，再到顶层系统，形成层次化、模块化的建模架构，使 原理与工程应用有机融合；通过对导叶伺服系统各组成部件进行工作机理分析，建立导叶伺服系统的AMESIM模型，推导各组成 部件的动力学特性方程，开发Simulink部件模型库；与AMESIM模型进行对比验证，构建Simulink导叶伺服动力学系统机理模型。 结果表明：系统模型稳态误差不大于0.12%，斜坡响应跟踪误差为3.7%，对于幅值为作动筒位移5%的不同频率正弦指令信号，导 叶伺服闭环系统带宽不小于8 Hz。该导叶伺服动力学系统模型具有较好的准确性、稳定性和动态特性，是可行和有效的，具有明 显的推广应用价值和跨平台多学科联合仿真优势。     

超高速撞击中靶后碎片云的内外边界方程研究

研究超高速撞击防护靶形成的碎片云的形状模型对航天器防护结构设计具有重要意义。文章用数值仿真的方法研究靶后碎片云的内外边界模型:将碎片云根据其材料来源分为靶板碎片云和弹丸碎片云,分别根据各碎片云的分布特点建立碎片云形状的内外边界方程;在双纽线边界方程的基础上,修正为由双纽线方程和圆弧方程组成的边界方程。对比整体碎片云的适用率表明,由双纽线方程和圆弧方程组成的边界方程比单一的双纽线边界方程描述碎片云实际分布更为贴合。     

旋转坐标系N-S 方程无网格/网格混合算法

为了模拟涡桨发动机等绕固定轴旋转的桨叶流场,发展了一种求解旋转体非定常黏性绕流的无网格/网格混合算法。算法基于求解旋转坐标系纳维尔-斯托克斯方程展开,避免了旋转角速度特征物理量的插值运算;计算域采用整体网格和物面附近局部无网格离散,通过引入无网格和网格对偶点,实现了混合算法绕流信息的跨区交换,并给出了一种对偶点调整选取的方法;基于无网格点云空间导数逼近方法离散控制方程,并结合隐式LU-SGS算法,给出了混合算法求解非定常问题的双时间步隐式推进格式。结果表明:所提算法通过2维振荡翼型非定常绕流、旋转圆柱黏性绕流和模拟发动机桨叶旋转运动的3维悬停旋翼绕流进行了考核,所得升力系数等重要气动数据的变化趋势与文献试验或计算值一致,典型截面处所示的激波强度和位置亦与文献值吻合,展现出算法在模拟旋转部件绕流问题方面具有广阔的工程应用前景。     

Udimet 720 Li 高温变形特性的粘塑性本构建模研究

采用Chaboche统一粘塑性本构方程,对Udimet 720 Li在700℃时的单调拉伸、循环加载及蠕变特性等复杂的高温变形现象进行了建模研究.探讨了Chaboche本构理论对这些变形现象进行建模的形式,并特别针对快速各向同性软化和非对称循环加载时的平均应力松弛现象,对Chaboche本构理论进行了修正和变化.将经过修正的Chaboche本构理论,与Levenberg-Marquadt非线性优化算法相结合,编制了材料参数优化程序,得到了材料参数值.研究表明,经过修正的Chaboche本构模型可较好地建模镍基高温合金Udimet 720 Li在高温下的各种变形行为.      

旋翼翼型-桨尖涡干扰的数值模拟

采用Kirchhoff方法计算NACA0012翼型的远场气动噪声,Kirchhoff面为包围整个翼型的一层网格。首先采用欧拉方程计算程序求解得到翼型的Kirchhoff面上在桨尖涡干扰下的近场气动流场解,再根据Kirchhoff方法求解远场声压。从而体现出在计算桨涡干扰噪声时,旋翼CFD技术与Kirchhoff方法相结合的良好效果。      

Numerical integration of stochastic differential equations: A parallel cosmic ray modulation implementation on Africa’s fastest computer

Three-dimensional studies of the transport and modulation of cosmic ray particles in turbulent astrospheres require large-scale simulations using specialized scientific codes. Essentially, a multi-dimensional Fokker-Planck type equation (a parabolic diffusion equation) must be integrated numerically. One such approach is to convert the relevant transport equation into a set of stochastic differential equations (SDEs), with the latter much easier to handle numerically. Due to the growing demand for high performance computing resources, research into the application of effective and suitable numerical algorithms to solve such equations is needed. We present a case study of the performance of a custom-written FORTRAN SDE numerical solver on the CHPC (Centre for High Performance Computing) Lengau cluster in South Africa for a realistic test problem with different set-ups. It is shown that SDE codes can scale very well on large parallel computing platforms. Finally, we consider an extremely computationally expensive application of the SDE approach to cosmic ray modulation, studying the behaviour of galactic cosmic ray proton latitude gradients and relative amplitudes in a physics-first manner. This is done using a modulation code that employs diffusion coefficients derived from first principles, which in turn are functions of turbulence quantities in reasonable agreement with spacecraft observations and modelled using a two-component turbulence transport model (TTM). We show that this approach leads to reduced latitude gradients qualitatively in line with spacecraft observations of the same, without making ad hoc assumptions as to anisotropic perpendicular diffusion coefficients as are often made in many cosmic ray modulation studies.