三维Euler方程组隐式LU分解的高性能并行计算

许多非定常无粘流体力学问题的数值模拟都需要利用Euler方程组来进行计算,而由于在隐格式下,所选取的时间步长可以比在显格式下时大得多,所以隐格式越来越受到重视,其中隐式LU分解是最常用的方法之一。对三维Euler方程组,采用隐式LU分解进行计算时,网格点所在的各个对角阵面之间存在数据依赖关系,本文分析了采用区域分解且边界上用显格式代替隐格式进行计算的高效性,在长方体建筑物内的爆炸模拟表明,在有112个CPU的某MPP巨型机上,并行计算效率超过60%。本文还分析了计算结果与串行计算时的差异,以及利用区域重叠减小这种差异的方法,同时考虑了对处理器进行合理的逻辑组织,将计算网格映射到处理器网格,以最大限度减少通信开销的方法。文中最后以一个爆炸毁伤的例子实际说明了所述方法的可行性与高效性。     

基于域分解的双模式PE

高频近似算法的误差比抛物方程(PE)大,叠加PE计算不能反映同频干扰,对流层电波传播计算域内存在不同的电波传播机制。文章提出了域分解双模式PE,将计算域分解为海洋或地形上的阻抗边界域和空间传播域,分别采用DMFT和SSFT求解。交叠区域实现了电波在两域间的互相传播,并避免了边界截断产生反射。与功率叠加PE相比,反映了多源电波间的矢量叠加,并降低了一半的计算量。在标准大气单源、蒸发波导双源条件下的数值试验验证了方法的正确性和有效性。     

矩阵方程A×B=C的中心对称解

文章研究了矩阵方程的中心对称解.利用矩阵对的广义奇异值分解给出了该方程有中心对称解的充分必要条件,以及解的通式,证明了最佳逼近问题存在唯一解,并给出了求最佳逼近解的算法和数值箅例.     

一类基于分解协调机制的多学科优化算法

对于复杂系统的设计问题,分解协调是一种比较有效的优化策略.对耦合信息处理方式的不同,产生了不同格式的多学科优化算法.从子系统间信息交换的角度,描述了系统的耦合机制、耦合系统变量的分解和合成.介绍了系统优化中的系统分析,以及分解分析和分解设计的算法构架.归纳总结了一类基于分解协调机制的多学科优化算法,并对分解算法的特点和特殊处理机制进行了探讨.     

风扇前传噪声及声衬特性研究

为了探究航空发动机的风扇噪声,通过试验研究了缩尺风扇前传噪声在不同转速工况下的频谱特性和周向模态特性,并对所设计的环形声衬降噪效果进行了验证。研究结果表明,基于试验测量数据分析得到的频谱特性和周向模态特性满足转静干涉噪声理论。随着转速的提高,风扇纯音噪声越显著,高转速工况下纯音噪声的能量约占风扇前传噪声的85%。在所研究的工况范围内,该声衬对目标频率及模态均有显著的降噪效果,且在85%转速工况时的纯音降噪效果最优,其主模态的传声损失约为59dB。该声衬对于设计频率附近的宽频噪声也有一定降噪效果,在85%转速时的宽频噪声平均传递损失约为3dB。     

基于时标分解的弹性高超声速飞行器智能控制

考虑弹性高超声速飞行器纵向动力学模型，提出了一种基于时标分解的智能控制方法。考虑刚体状态和弹性模态具有不同的时标特性，采用奇异摄动理论进行快慢时标分解，将模型转换为刚体慢变子系统和弹性快变子系统。针对刚体子系统考虑动力学不确定，基于平行估计模型构造表征不确定逼近效果的预测误差，结合跟踪误差给出复合学习控制策略。针对弹性子系统设计自适应滑模控制稳定弹性模态。通过李雅普诺夫稳定性分析可证系统状态一致终值有界。仿真表明所提出的控制方法能够实现刚弹模态的稳定收敛，且具有更高的跟踪精度、更好的学习性能和更快的收敛速度。     

可压缩多介质流动问题的高精度数值模拟方法

在可压缩流动问题的数值模拟领域,激波的高分辨率计算已取得重要进展。但是包含物质界面的可压缩多介质流动的数值模拟还存在诸多数值挑战,主要表现为界面处数值耗散过大和非物理振荡等问题。界面处流体性质的不连续性是造成可压缩多介质流动问题物理建模与数值方法困难的主要原因。为了建立一套高效的可压缩多介质流动问题的高精度数值模拟方案,本文从数值框架的选择、非守恒方程相容离散、高精度有界格式构造、界面压缩、界面-单介质分区计算方法等多个维度出发,综述近几年我们在可压缩多介质流动问题高精度数值模拟方法方面的研究进展。通过上述多个维度的工作,我们建立了一套适用于可压缩多介质流动问题的低耗散、基本无数值振荡的高精度欧拉数值方法,并成功应用于可压缩多介质大变形流动和界面不稳定性诱导湍流混合等问题的数值模拟。相关数值方法研究成果已集成至武器物理等领域工程数值模拟软件中,为相关工程任务提供了重要技术支撑。     

Analysis of the dynamic behavior of structures using the high-rate GNSS-PPP method combined with a wavelet-neural model: Numerical simulation and experimental tests

Recently, the high rate global navigation satellite system-precise point positioning (GNSS-PPP) technique has been used to detect the dynamic behavior of structures. This study aimed to increase the accuracy of the extraction oscillation properties of structural movements based on the high-rate (10?Hz) GNSS-PPP monitoring technique. A developmental model based on the combination of wavelet package transformation (WPT) de-noising and neural network prediction (NN) was proposed to improve the dynamic behavior of structures for GNSS-PPP method. A complicated numerical simulation involving highly noisy data and 13 experimental cases with different loads were utilized to confirm the efficiency of the proposed model design and the monitoring technique in detecting the dynamic behavior of structures. The results revealed that, when combined with the proposed model, GNSS-PPP method can be used to accurately detect the dynamic behavior of engineering structures as an alternative to relative GNSS method.     

Characterization of ionospheric amplitude scintillations using wavelet entropy detrended GNSS data

The extensive monitoring networks of Global Navigation Satellite System (GNSS) ionospheric scintillation have been established to continuously log observation data. Further, the amplitude scintillation index and the phase scintillation index, which are derived from scintillation observations, are anticipated to accommodate the accuracy requirement of both the user level and the monitoring station level. However, raw scintillation observations essentially measure superposed waveform impairments of GNSS signals propagating through ionosphere and troposphere. It implies that fluctuations of raw scintillation observations are caused by multiple factors from the entire radio propagation environment. Hence, it is crucial to characterize ionospheric scintillations from GNSS observation data. And the characterization is implemented through extracting fluctuations of raw observations merely induced by ionospheric scintillations. Designed to address this problem by means of Fourier filtering detrending, the present work investigates the influence of varying detrending cutoff frequencies on wavelet statistical energy and wavelet entropy distributions of scintillation data. It consequently derives criteria on the optimum detrending cutoff frequency for three types of raw amplitude scintillation data, which are classified by their wavelet energy distributions. Results of the present work verify that detrending with specific optimum cutoff frequencies rather than the fixed and universally applicable one renders the validity and credibility of characterizing ionospheric scintillations as the part of GNSS observation fluctuations purely induced by ionosphere electron density irregularities whose scale sizes are comparable with or smaller than the Fresnel scale.     

基于本征正交分解的叶片碰摩系统降阶方法

针对叶片碰摩响应求解问题,提出了采用本征正交分解进行动力学降阶的方法。通过对快照矩阵进行本征正交分解生成投影子空间,将系统动力学方程投影到子空间进行模型降阶,并结合数值积分方法进行了碰摩响应求解。基于降阶模型分析了不同转速及侵入量参数下的叶片碰摩响应,并与全阶模型进行了对比。结果表明:降阶模型的时域响应幅值偏差小于5%,计算效率了提升98.4%;通过改变叶片转速、侵入量参数验证了降阶模型的鲁棒性,并且发现随着转速、侵入量的增加,本征正交模态能量在低阶与高阶之间发生转移,并呈现出不同的传递规律,由转速引起的模态能量转移与结构的固有频率存在一定关系。该方法及结论可为叶片碰摩分析及故障诊断提供依据。